LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS
AMPLIACIÓN DE ESCALA DE UN AMPERÍMETRO Y UN VOLTMETRO Docente: Ing. Oliden Núñez Héctor
Equipo de Trabajo: Barahona Aguilar Giancarlo Castillo Gutiérrez Víctor Jankarlos Díaz lachos Manuel Eladio Ríos Campos Víctor Manuel Vílchez Rodas Franco Lenin
2011 [Escribir texto]
LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS
PRACTICA N°04
AMPLIACION DE ESCALA DE UN VOLTÍMETRO VOLTÍMET RO Y DE UN AMPERÍMETRO I.
OBJETIVOS. a.
Aplicar las características características del circuito serie en la ampliación ampliación de la escala de un voltímetro.
b.
Aplicar las características del circuito paralelo en la ampliación de la escala de amperímetro.
II.
MATERIALES.
2
Autotransformador
Voltímetro de Hierro Móvil, escala máxima 150 V, SIEMENS
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Multímetro digital SANWA CD 800
Pinza digital CLAMP METER EM 486 B
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Amperímetro de Hierro Móvil, escala máxima 250 mA, SIEMENS
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Potenciómetro
Resistencias:
2.2Ω /5W , 4.7Ω /5 , 4.7Ω /5W
4
4 RESISTENCIAS 1KΩ /5W
Placa universal, cables, puentes y tomacorriente.
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III.
FUNDAMENTO TEÓRICO. Los instrumentos que utilizamos en los laboratorios para medir las diferentes tensiones, resistencias, y otras variaciones de electricidad que tengan los circuitos y equipos de nuestro uso diario o de experimentación. Dichos instrumentos nos ayudan a mantener los circuitos y equipos en un óptimo funcionamiento basándonos en ecuaciones y comparaciones en lo que respecta al flujo de electricidad. Los parámetros que distinguen el uso de los instrumentos de medición son:
La intensidad la miden los Amperímetros.
La tensión la miden los Voltímetros.
Además el Ohmímetro mejora el circuito ( Amperímetro - Voltímetro ) y el
Multímetro reúne todas las funciones de los tres antes mencionados . Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmente diseñados según la naturaleza de la corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parámetros de voltaje, tensión e intensidad. De esta forma, podemos enunciar los instrumentos de medición como el Amperímetro o unidad de intensidad de corriente. El Voltímetro como la unidad de tensión, el Ohmímetro como la unidad de resistencia y los Multimetros como unidades de medición múltiples. Todos los instrumentos de medición mencionados anteriormente tienen interiormente uno de los dispositivos más útiles para detectar el paso de una corriente por un circuito: El galvanómetro de D'Arsonval. Pero, debido a la poca capacidad de corriente de este instrumento, sólo lo podemos utilizar en su forma original en casos muy específicos, donde las corrientes que tengamos que medir sean muy pequeñas. En vista de lo anterior podemos plantearnos la siguiente pregunta:
¿En qué forma se pueden ampliar las posibilidades de medición de este dispositivo, para incluirlo en distintos tipos de circuitos y sistemas de medición?. La respuesta a esta interrogación la encontramos en dos configuraciones circuitales sumamente sencillas: El divisor de corriente y el de voltaje. A continuación se muestra en qué forma podemos utilizarlas para poder fabricar
con el galvanómetro que tenemos a nuestra disposición
amperímetros, voltímetros, y óhmetros cuyos rangos de medición se ajusten a nuestras necesidades.
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Galvanómetro en Divisor
Galvanómetro en Divisor
de Corriente: Amperímetro.
de Voltaje: Voltímetro.
AMPERÍMETRO Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su unidad de medida es el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro−amperio. Los usos dependen del tipo de corriente, ósea, que cuando
midamos Corriente Continua, se usara el amperímetro de bobina móvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagnético. El Amperímetro de C.C. puede medir C.A. rectificando previamente la corriente, esta función se puede destacar en un Multimetro. Si hablamos en términos básicos, el Amperímetro
es
galvanómetro
(instrumento
detectar
pequeñas
un
simple
cantidades
para de
corriente) con una resistencia paralela llamada
Shunt.
Los
amperímetros
tienen resistencias por debajo de 1 Ohmio, debido a que no se disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito energizado.
La resistencia Shunt amplia la escala de medición. Esta es conectada en paralelo al amperímetro y ahorra el esfuerzo de tener otros amperímetros de menor rango de medición a los que se van a medir realmente.
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Si queremos un amperímetro de varias escalas, para cada una de ellas tendremos que calcular la resistencia Shunt
que
debemos
colocar
en
paralelo con el galvanómetro. La configuración más simple de
este
instrumento es la mostrada en la Figura.
En el esquema anterior podemos observar que si queremos cambiar de escala cuando el amperímetro está conectado a un circuito, debemos desconectarlo, efectuar
el cambio y luego conectarlo nuevamente, ya
que si realizamos dicho cambio sin eliminar la conexión, mientras
el
selector esté entre dos posiciones toda la corriente circulará por el galvanómetro, y como dicha corriente es mayor que Im, probablemente dañará
el
instrumento. P a r a
evitar
esto
podemos emplear la
configuración siguiente:
De
esta
forma mientras
el
selector
se
encuentra
entre
dos
posiciones, el galvanómetro tiene siempre una resistencia conectada en paralelo.
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VOLTÍMETRO Es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el Voltio (V) con sus múltiplos: el Mega voltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.−múltiplos como el mili voltio (mV) y el micro voltio.
Existen Voltímetros que miden tensiones continuas llamados voltímetros de bobina móvil y de tensiones alternas, los electromagnéticos. Sus características son también parecidas a las del galvanómetro, pero con una resistencia en serie. Dicha resistencia debe tener un valor elevado para limitar la corriente hacia el voltímetro cuando circule la intensidad a través de ella y además porque el valor de la misma es equivalente a la conexión paralela aproximadamente igual a la resistencia interna; y por esto la diferencia del potencial que se mide (I2 x R) no varía.
Galvanómetro en Divisor de Voltaje: Voltímetro.
Ampliación de la escala del Voltímetro El procedimiento de variar la escala de medición de dicho instrumento es colocándole o cambiándole el valor de la resistencia Rm por otro de mayor Ohmeaje, en este caso.
⌈ ⌉
Si queremos un voltímetro de varias escalas,
debemos calcular
la
resistencia que debemos conectar en serie con el galvanómetro. Una vez realizado este cálculo, podemos implementar el voltímetro escalas
utilizando
siguientes Figuras.
8
una
de
las
de
varias
configuraciones presentadas en las
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Primera configuración para el voltímetro de varias escalas
Segunda configuración para el voltímetro de varias escalas
MULTÍMETRO Hemos visto que el diseño de los amperímetros, voltímetros y óhmetros (que no se habla en este informe) se basa en la utilización de un galvanómetro de D’Arsonval. Debido a esto surge la idea de diseñar un instrumento capaz de incluir a los otros tres. Este instrumento es el que conocemos con el nombre de multímetro.
Diagrama de un multímetro elemental
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IV.
PROCEDIMIENTO. La idea central de este experimento es utilizar instrumentos de medición de corriente y tensión para medir valores que van más allá de los permitidos por sus escalas. Para ello deben utilizarse los principios de la división de tensión y división de corriente para desviar la magnitud excedente sin que el instrumento sufra daño alguno.
Ampliación de escala de un voltímetro i.
Resistencia interna de un voltímetro Rv: En nuestro caso
=3.73
=3.73
ii.
Nuestro voltímetro utilizado, en determinada escala tiene una resistencia interna
y da una lectura a máxima desviación (valor
máximo de la escala) de
voltios.
iii.
Calculamos la resistencia
voltios
que se debe conectar en serie con
nuestro voltímetro, a fin de que el voltímetro indique la lectura máxima de la escala utilizada
, cuando el circuito es
alimentado con un tensión hasta que el voltímetro indique el valor máximo
, entonces con la Rs conectado en serie se
obtiene la medida de una voltaje de 250V.
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⌈ ⌉ ⌈ ⌉
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iv.
En un tablero establecido realizamos la conexión de 4 resistencia de cerámica de 1 KΩ, dos en paralelo y dos en serie obteniendo una resistencia equivalente de 2.5 KΩ ≈2.49 kΩ.
v.
Luego realizamos la conexión del voltímetro
en serie con la
resistencia equivalente de 2.5 kΩ, obteniendo nuestro voltímetro con una escala ampliada que nos permitirá medir voltajes hasta los 250 V.
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vi.
Realizada la conexión de nuestro voltímetro
en serie con la
resistencia shunt procedemos a hacer la siguiente conexión como se muestra en la figura para luego realizar las medidas correspondientes haciendo variar el voltaje a través del autotransformador. Los datos se muestran en las tablas.
Para utilizar nuestro ampliador de escala como voltímetro es necesario poner el selector a la derecha como indica la figura y ubicar los conectores uno ( punto comun) y el otro conector (voltios)
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⁄
Los datos obtenidos en nuestro voltímetro de hierro móvil, son multiplicados por un factor de escala
y luego
estas medidas serán comparadas con el verdadero voltaje que nos entregara el multímetro digital, obteniendo un error que se detallara más adelante en un cuadro comparativo con su respectivas graficas de error.
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Ampliación de escala de un Amperímetro i.
Resistencia interna de un amperímetro =13.6
: En nuestro caso
=13.6
ii.
Considere que el amperímetro utilizado, en determinada escala tiene una resistencia interna
y da una lectura a máxima desviación
(valor máximo de la escala) de
= 250 mA.
iii.
Calculamos la resistencia
= 250 mA.
que se debe conectar en paralelo con el
amperímetro , a fin de que el amperímetro indique la lectura máxima de la escala utilizada
,
cuando el circuito es
alimentado con una corriente hasta que el amperímetro indique el valor máximo
, entonces con la Rs conectado en
paralelo se obtiene la medida de corriente de
14
.
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iv.
En un tablero establecido realizamos la conexión de 3 resistencia de cerámica de 2.2 Ω, 4.7 Ω y 4.7 Ω, todas en serie obteniendo una
resistencia equivalente de 11.6 Ω. ≈11.3Ω.
v.
Luego realizamos la conexión del amperímetro en paralelo con la resistencia equivalente de 11.6 Ω.
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vi.
Luego realizamos la conexión de nuestro amperímetro en paralelo con la resistencia shunt procedemos a hacer la siguiente conexión como se muestra en la figura para luego realizar las medidas correspondientes
haciendo
variar
el
autotransformador.
Para utilizar nuestro ampliador de escala como amperímetro es necesario poner el selector a la izquierda como indica la figura y ubicar los conectores uno (amperio) y el otro conector (punto común)
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voltaje
a
través
del
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Los datos se muestran en las tablas.
⁄
Los datos obtenidos en nuestro amperímetro de hierro móvil, son multiplicados por un factor de escala
y luego
estas medidas serán comparadas con su verdadera corriente que nos entregara pinza amperimétrica digital, obteniendo un error que se detallara más adelante en un cuadro comparativo con su respectivas graficas de error.
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V.
CÁLCULOS Y RESULTADOS.
Ampliación de escala de un voltímetro (150V -250V)
Voltímetro (V)
Tensión Teórica
Tensión Experimental Multímetro (V)
IEABSI
ER (%)
3,77
7,28
6,26 7,17 9,75 6,52
4,81 4,25 4,67 2,67
(V)
51,77
31 78 101 125 146
130,26 168,67 208,75 243,82
48 124 161.5 199 237.3
e=Factor de escala:
Ahora calculamos el verdadero valor del factor de escala, nuestro voltímetro conectado en serie a la resistencia shunt a máxima escala nos da 239 V (valor del multímetro), marcando en el voltímetro su máxima escala de 150 V. Entonces: Factor de escala
Voltímetro (V)
Tensión Teórica
⁄ Tensión Experimental Multímetro (V)
IEABSI
ER (%)
48 124 161.5 199 237.3
1,29 0,02 0,91 0,25 5,16
2,62 0,02 0,57 0,13 2,22
(V)
31 78 101 125 146
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49,29 124,02 160,59 198,75 232,14
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Ampliación de escala de un Amperímetro (250 mA – 550 mA)
Amperímetro (mA)
Corriente Teórica (mA)
136,4 244,2 354,2 453,2 529,1
62 111 161 206 240.5
Corriente Experimental IEABSI PINZA (mA) 122 222 325 421 493
14,4 22,2 29,2 32,2 36,1
ER (%) 10,56 9,09 8,24 7,11 6,82
e=Factor de escala: 2.2
Ahora calculamos el verdadero valor del factor de escala, nuestro amperímetro conectado en paralelo a la resistencia shunt a máxima escala nos da 515 mA
(valor de la
pinza amperimétrica), marcando en el
amperímetro su máxima escala de 250 mA. Entonces: Factor de escala
Amperímetro (mA) 62 111 161 206 240.5
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⁄
Corriente Teórica (mA)
127,72 228,66 331,66 424,36 495,43
Corriente Experimental PINZA (mA)
IEABSI
F ER (%)
122 222 325 421 493
5,72 6,66 6,66 3,36 2,43
4,48 2,91 2,01 0,79 0,49
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VI.
GRAFICAS.
Ampliación de escala de un voltímetro e=Factor de escala:
CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE 300 y = 1.0212x + 3.4224 R² = 0.9996
) 250 V ( l a t n200 e m i r e 150 p x E n100 ó i s n e T 50
CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE Linear (CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE)
0 0
100
200
300
Tensión Teórica (V)
CURVA DE ERROR 12 10
o t u l o s b A r o r r E
208.75, 9.75
8 168.67, 7.17 130.26, 6.26243.82, 6.52
6
CURVA DE ERROR 4
51.77, 3.77
2 0 0
100
200
Tensión Teorica (V)
20
300
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Factor de escala verdadero
⁄
CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE 250 y = 0.9723x + 3.2585 R² = 0.9996 200
) V ( l a t n150 e m i r e p x E 100 n ó i s n e T
CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE Linear (CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE)
50
0 0
100
200
300
Tensión Teórica (V)
CURVA DE ERROR 6 232.14, 5.16
5
4
o t u l o s b3 A r o r r E
CURVA DE ERROR
2 49.29, 1.29 1
160.59, 0.91
0
198.75, 0.25 124.02, 0.02 200 300
0
100
Tensión Teorica (V)
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Ampliación de escala de un Amperímetro e=Factor de escala: 2.2
CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE 600 y = 1.0571x + 8.7558 R² = 0.9999
) A500 m ( l a t 400 n e m i r 300 e p x E e t 200 n e i r r o 100 C
CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE Linear (CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE)
0 0
200
400
600
Corriente Teórica (mA)
CURVA DE ERROR 40 529.1, 36.1
35
453.2, 32.2 30
354.2, 29.2
o t 25 u l o s b 20 A r o r r 15 E
244.2, 22.2 CURVA DE ERROR 136.4, 14.4
10 5 0 0
200
400
Corriente Teorica (mA)
22
600
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Factor de escala verdadero
⁄
CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE 600 y = 0.9898x + 8.1986 R² = 0.9999
) 500 A m ( l a t 400 n e m i r 300 e p x E e t 200 n e i r r o C 100
CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE Linear (CURVA DE CALIBRACION Y AJUSTE)
0 0
200
400
600
Corriente Teórica (mA)
CURVA DE ERROR 8 7
228.66, 6.66
6
331.66, 6.66
127.72, 5.72
o t 5 u l o s b 4 A r o r r 3 E
424.36, 3.36 495.43, 2.43
2 1 0 0
200
400
Corriente Teorica (mA)
23
600
CURVA DE ERROR
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VII. CONCLUSIONES. a.
Observamos en las graficas que el valor del error disminuye utilizando el factor de escala verdadero, es decir en la ampliación de escala del
voltímetro un error absoluto de 9.75 se reduce a 5.16. En la ampliación de escala del amperímetro un error absoluto de que va en aumento (factor de escala = e = 2.2) se reduce a 6.66.
b.
Concluimos que el trabajo de la ampliación de escala se realizo con éxito, ya que los valores de los datos obtenidos (instrumentos de hierro móvil), concuerdan aproximadamente con los que nos entregaban los instrumentos digitales.
VIII. RECOMENDACIONES.
a. Se recomienda que al comprar los diferentes dispositivos que se empleen en la experiencia del laboratorio sea los adecuados, que corresponda a los valores especificados y así evitar errores.
IX.
BIBLIOGRAFIA:
24
MEDICIONES Y PRUEBAS ELECTRICAS Y ELECTRONICAS,
Bill Bolton; Ed. ALFAOMEGA-MARCOMBO.
Medidas eléctricas.
Eleodoro Agreda.
Instrumentos y medidas eléctricas
Instrumentación Electrónica Moderna Autor: William D. Cooper.
www.wilkipedia.edu.com
www.google.com
www.tuveras.com
www.altavista.com
Autor: Shepherd Morton Spence.
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Nota: Los datos de ampliación de escala del voltímetro se han realizado con un simulador (circuit maker 2000), ya que nuestro dispositivo hecho por todos los integrantes del equipo no coincidían los valores establecidos en dicha ampliación de escala, debido a un error en la adquisición de las resistencias de cerámica, ya que nosotros “compramos “ las resist encia en K Ω y por equivocación por el vendedor de la electrónica nos vende solamente en Ω, produciendo un diferencia abismal en la resistencia equivalente de la
que se quería obtener. Es un error nuestro como del vendedor, ya que nosotros como estudiantes y interesados en el trabajo deberíamos ver el verdadero valor, esto que nos sirva como experiencia, revisar bien el valor especificado y asi evitar nuevas equivocaciones. Luego realizamos la modificación de nuestro ampliador de escala simplemente compran do el verdadero valor de las resistencias (K Ω), para luego entregar el trabajo al docente.
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ANEXOS
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CONECTANDO Y SOLDANDO LAS RESISTENCIAS
TRABAJO FINAL
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