AMPLIACION DE ESCALAS DE VOLTIMETROS 1. OBJETIVO: Analizar en forma experimental y construir la ampliación de la esca escala la volt voltim imet etri rica ca de un inst instru rume ment nto o de medi medici ción ón haci hacien endo do uso de un voltímetro de corriente alterna.
2. MARCO MARCO TEORIC TEORICO: O:
El rango de medida de un instrumento eléctrico, a veces es muy limitado. Cuando se tiene que realizar medidas de tensiones o de intensidades de mayor rango que las permitidas por la máxima escala del instrumento. Esta razón nos obliga a amplificar el rango de medida de los instrumentos por medio de las resist resistenc encias ias adicio adicional nales es llamado llamados s shunts shunts amperi amperimet metric ricos os en el caso caso de la amplificación de escala de amperímetros y shunt voltimetricos en el caso de los voltímetros. Esta Es tas s resi resist sten encia cias s debe deberá rán n de ser ser de un mate materi rial al espe especi cial al (man (manga gani nina na,, constantan, niquelina) cuyo valor no sea influenciado por la temperatura. AMPLIACION DE ESCALA DE UN VOLTIMETRO VOLTIMETRO Para Para real realiz izar ar la ampli ampliac ació ión n de medi medida da de un volt voltím ímet etro ro,, se empl emplea ean n las las resistencias adicionales shunt, que son resistencias que se conectan en serie con el instrumento. En la figura adjunta aparece la forma correcta de conectar la resistencia adicional shunt con el voltímetro. Como el circuito formado por el conjunto de voltimetro y multiplicador queda conectado en serie, la corriente que circulara por ambos será la m isma: I =
V
;
Rv
I
=
E −
V Rs
Igualando ambas expresiones tenemos: Rs
=
E Rv ( − 1) V
El rango de un voltímetro se extiende conectando una resistencia ( llamada multiplicador) en serie con el instrumento. La resistencia total (voltímetro + multiplicador) debe ser igual al rango de voltaje deseado, dividido por la corriente del instrumento a plena escala (dado que R = E/I ) :
La resistencia del multiplicador se determinará por esta relación.
3. ELEMENTOS ELEMENTOS A UTILIZAR: UTILIZAR: • • • • • •
Un voltímetro analógico de 20 V AC. Un voltímetro digital patrón (Vp autorango). Un miliamperímetro o micro amperímetro de corriente alterna. Resistencias de diferentes valores, de acuerdo al diseño del instrumento. Cables de conexión. Autotransformador de 0 - 220V.
4. PROCEDIMI PROCEDIMIENTO ENTO DE EJECUCION: EJECUCION: •
•
Armar el circuito de la figura adjunta. El circuito de la figura 1 nos proporciona la resistencia interna del voltímetro (v) cuya escala se desea ampliar. V 3 6 11
•
•
•
A [uA] 29. 56 100
Ri 103448 106007 109452
La ampliación de escala se realizara agregandole resistencias adicionales al voltímetro de rango inferior, se utilizara un voltímetro como escala al que se agrega agregaran ran las resist resistenc encias ias siempr siempre e antes antes realiz realizando ando previo previo calcul calculo o matematico. Armar el circuito de la figura 2. Calcular los valores de Rs para ampliar la escala del voltímetro (V) a los siguientes rangos 50, 100, 150 y 200 respectivamente. Vdis Vd iseñ eñad ado o
=
Rs V ( Rv
−
1)
Rango de 50 V Nuevo rango=56 V Rs=399 kΩ
V patron 56 47.8 37.7 28.32
V diseñado 56.2 46.7 37.36 28.02
V 12 10 8 6
Rango de 100 V Nuevo rango=106.8 V Rs=793.51KΩ
V patron 20.1 46.5 64 83
V diseñado 17.86 44.65 62.51 80.37
V 2 5 7 9
Rango de 150 V Nuevo Nuevo Rango=150.85V Rs=1230 KΩ
V patron 40.7 64.85 103.2 139
V diseñado 37.7 62.85 100.56 138.16
V 3 5 8 11
Rango de 200 V Nuevo Rango=217.3V Rs=1814KΩ
V patron 74.8 131.7 164.3 218.6
V diseñado 72.4 126.7 162.9 217.32
V 4 7 9 12
Cuestionario 1¿Encontrar la expresión que nos indica la variación en la escala del instrumento (V) por la presencia de la resistencia en serie Rs.?
Para Para real realiz izar ar la ampl amplia iaci ción ón de medi medida da de un volt voltím ímet etro ro,, se empl emplea ean n las las resistencias adicionales shunt, que son resistencias que se conectan en serie con el instrumento. En la figura adjunta aparece la forma correcta de conectar la resistencia adicional shunt con el voltímetro. Como Como el circui circuito to formad formado o por el conjun conjunto to de voltim voltimetr etro o y multip multiplic licado adorr queda queda conectado en serie, la corriente que circulara por ambos será la misma:
I =
V
;
Rv
I
=
E −
V Rs
Igualando ambas expresiones tenemos: Rs
=
E Rv ( − 1) V
2¿Afecta la precisión de la medida el uso de la resistencia shunt para la ampliación de la escala?
Si la resistencia resistencia fuera del valor valor adecuado la medida medida seria casi exacta exacta ya que un voltím voltímetr etro o en su parte parte intern interna a consta consta de varias varias resist resistenc encias ias depend dependien iendo do que medida de voltaje se va a realizar entonces al agregar una resistencia shunt seria como ampliar la escala del voltímetro entonces entre la resistencia fuera la mas exacta posible también nuestra respuesta también 3 ¿Qué características eléctricas deben reunir las resistencias shunt usadas para ampliar escalas
Las características del shunt dependen del rango de medida que se necesite y que viene determinado en la escala del amperímetro voltímetro, por lo tanto, para cambiar la escala de medida de un instrumento, bastaría cambiar el shunt ya que la bobina sería la misma Un shunt está conformado por una resistencia de precisión de valor óhmico menor que el presentado por la bobina móvil del instrumento, permitiendo, de esta forma, que la otra porción de corriente no tolerada, pase a través de el. 4 ¿Qué materiales se usan en la fabricación de las resistencias? • • • • • • • •
Resistencias De Carbón Resistencias de Capa de Carbón Resistencias Aglomeradas Resistencias Metálicas Resistencias De Capa Metálica Resistencias De Película Metálica Resistencias Metálicas Bobinadas Resistencias Variables
5. Comparar las indicaciones de V y Vp respectivamente. Dar la divergencia de los valores teórico experimental dando el valor absoluto y relativo porcentual en forma tabulada para cada tabla
Para 50V
V
Vdis
Eabs
56
56.2
0.2
47.8 37.7
46.7 37.36
1.1 0.34
28.32
28.02
0.3
Errela 0.0035714 3 0.0230125 5 0.00901857 0.0105932 2
Errela% 0.35714286 2.30125523 0.90185676 1.05932203
Para 100V
V
Vdis
Eabs
20.1 46.5
17.86 44.65
2.24 1.85
64 83
62.51 80.37
1.49 2.63
Errela Errela% 0.1114427 9 11.1442786 0.03978495 3.97849462 0.0232812 5 2.328125 0.03168675 3.1686747
Para 150V
V 40.7 64.85 103.2 139
Vdis 37.7 62.85 100.56 138.16
Eabs 3 2 2.64 0.84
Errela 0.07371007 0.0308404 0.0255814 0.00604317
Errela% 7.37100737 3.08404009 2.55813953 0.60431655
Para 200V
V 74.8 131.7 164.3
Vdis 72.4 126.7 162.9
Eabs 2.4 5 1.4
218.6
217.32
1.28
Errela 0.03208556 0.03796507 0.008521 0.0058554 4
Errela% 3.20855615 3.79650721 0.85209982 0.58554437
5. OBSERV OBSERVACI ACIONE ONES S
El proc proced edim imie ient nto o de var variar iar la esca escala la de medi medici ción ón de dich dicho o instrumento es colocándole o cambiándole el valor de la resistencia Rm por otro de mayor Ohmeaje Con la resistencia Shunt se obtuvo una nueva escala. • Se debe obnservar la polaridad correcta; ya que si es incorrecta incorrecta • origina que el medidor deflecte contra el mecanismo de tope y esto puede dañar la aguja. Cuando emplee un voltímetro de escala múltiple, hay que utilizar la • escala de mayor voltaje y posteriormente disminuirla hasta tener una lectura lo más cercana a la parte superior de la escala. Se debe de tener cuidado en conectar la resistencia Shunt en serie. • •
6. CONCLU CONCLUSIO SIONES NES •
• •
•
La Resistencia shunt sirve para hacer circular la corriente en exceso que pueda malograr el voltimetro. Para mayor escala de voltimetro se requerira mas resistencias adicionales. El error entre el voltaje patron y el diseñado fue debido a los elementos de medicion. Para hallar la resistencia adicional se tuvo que tener en cuenta los rangos de los voltímetros.
7. BIBLIO BIBLIOGRAF GRAFIA IA http://html.rincondelvago.com/los-instrumentos-de-medicion-electrica.html www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas10.htm http://www.mitecnologico.com/Main/InstrumentosElectricosMedicion http://www.monografias.com/trabajos33/electricidad/electricidad.shtml
