PRÁCTICA № 5
TÍTULO: CONSTRUCCIÓN Y USO DE UN VOLTÍMETRO MULTIRANGO OBJETIVO: En base del datos (Ri e I fondo escala del micro-amperímetro) de la práctica anterior construir un voltímetro de 12v de fondo de escala (se puede hacer un multi-rango). Determinar la constante de escala del nuevo medidor y usarlo para medir las diferencias de potencial en un circuito eléctrico de prueba. TEORÍA: VOLTÍMETRO Tal como se ha descrito, la amplitud de la escala de un voltímetro se puede aumentar, agregando al circuito del instrumento una resistencia resistencia conectada en serie con el dispositivo móvil del mismo. La resistencia disminuye la desviación de la aguja del instrumento; por lo tanto, utilizando resistencias de valores conocidos se puede reducir las desviación en la medida que se desee. Los voltímetros de escala múltiple, como los amperímetros de escala múltiple son instrumentos que se utilizaran con frecuencia. Su aspecto exterior es muy parecido al de los amperímetros y por lo general sus resistencias están colocadas dentro del instrumento, con llave selectora o juegos de terminales terminales adecuados adecuados en la parte de afuera afuera para elegir la escala. La escala correcta correcta se elige comenzando con la de valores más grandes y bajando hacia los más pequeños hasta que la aguja se encuentre más o menos en la mitad de la escala. Los voltímetros de escala múltiple son sumamente prácticos porque son livianos, portátiles y se les puede adaptar para cualquier gama de voltaje con sólo mover una llave. En el dibujo simplificado simplificado de abajo aparece un voltímetro de escala múltiple para tres gamas de voltaje.
Los voltímetros se aplican a los puntos cuya diferencia de potencial se pretende determinar y es deseable que tome la mínima corriente posible del circuito. El instrumento WESTON, cuando se utiliza como voltímetro, es el mismo que cuando se utiliza como amperímetro en lo que se refiere al mecanismo y el imán. La bobina móvil del voltímetro se suele arrollar con más vueltas y con
alambre más fino, y por tanto tiene una resistencia mayor, para una desviación dada, requerirá, por lo tanto, menos corriente. La principal diferencia existe en la forma de conectar el instrumento al circuito, es deseable que tome la mínima corriente posible del circuito El instrumento más utilizado para medir la diferencia de potencial (voltaje) es un galvanómetro que cuenta con una resistencia unida en serie a la bobina. El galvanómetro es un medidor de corriente en el que existe una caída de potencial debido a su resistencia interna, por lo que también es un medidor de voltaje, la diferencia de potencial puede ajustarse "incrementando" la resistencia interna del galvanómetro. Cuando se conecta un medidor de este tipo a una batería o a dos puntos de un circuito eléctrico entre los que existe una diferencia de potencial, circula una cantidad reducida de corriente (limitada por la resistencia en serie) a través del medidor. La corriente es proporcional al voltaje, que se puede medir si el galvanómetro se calibra para ello. Cuando se usa el tipo adecuado de resistencias en serie, un galvanómetro sirve para medir niveles muy distintos de voltajes. El instrumento más preciso para medir una fuerza electromotriz es el potenciómetro, que mide esta magnitud al compararla con una fuerza electromotriz variable y de valor conocido, opuesta a la que se quiere medir. Debido a su resistencia relativamente baja, la bobina móvil no puede conectarse directamente a la línea, tomaría una corriente excesiva y se quemaría. Es por ello necesario conectar en serie con la bobina móvil una resistencia elevada de acuerdo a la Figura1. Por la ley de Ohm, la corriente a través del instrumento es proporcional a la tensión, de forma que la escala del instrumento puede calibrarse en voltios.
FIG. 1.- Esquema de un Voltímetro Resistencia multiplicadora La adición de una resistencia en serie o multiplicador convierte al movimiento básico D'Arsonval en un voltímetro de cd. La resistencia multiplicadora limita la corriente a través del movimiento de forma que no exceda el valor de la corriente de deflexión a plena escala. Un voltímetro de cd mide la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito de cd y por lo tanto se debe conectar a través de una fuente fem o de un componente del circuito.. Como la intensidad de corriente que circula por las resistencia es la misma se tiene que
I=intensidad de fondo de escala del galvanómetro V=voltaje que se desea medir Despejando Rm tenemos:
Rm es la resistencia que debemos colocar en serie al galvanómetro para medir una diferencia de potencial. Para construir un voltímetro de múltiple rango, se puede emplear un interruptor que conecte resistencias de varias magnitudes en serie con el movimiento del medidor. Para obtener una deflexión hacia los valores altos de la escala, los bornes se deben conectar con el voltímetro con la misma polaridad que las marcas de las terminales. La sensibilidad de un voltímetro se puede especificar por el voltaje necesario para una deflexión de escala completa. Pero otro criterio de sensibilidad, que se usa ampliamente, es la capacidad de ohms por volts.
La figura mostrada en la figura muestra un voltímetro multiescala que aprovecha la suma de resistencias en serie ya que como se ve, para cada escala se necesita un valor mayor de resistencia multiplicadora
Fig 2. Voltímetro multi-escala Al igual que para un amperímetro, las características más importantes que es necesario especificar para un voltímetro son: - Corriente máxima - Resistencia interna - Exactitud - Precisión - Linealidad Para este instrumento está definido otro parámetro denominado característica ohmios/voltio y que algunos fabricantes llaman también sensibilidad.
ESQUEMA DE CONEXIONES
Fig1. Determinación de Rm experimental
Fig 2. Circuito a medir
MATERIAL UTILIZADO
1 Fuente de C. C. Rango de los instrumentos Fuente de tres fase incorporados con voltímetro y amperímetro 0-5V 0- 1500mA incorporado 0-20V 0- 500mA
Fase 1
Fase 2
Fase 3
0 - +20V
0 - -20V
0 - 5V
0 - 600mA
0 - 500mA
0 - 35A
1 Microamperímetro Analógico (TRIPELETT) Model 320-G Rango 0-3mA DC 1
Miliamperímetro Rango: 0 - 20 mA
1
Multímetro Analógico (TRIPELETT)
Model 630-NA Tipe 3 suspensión OBB
Rangos de voltaje AC-DC Escalas de resistencia Rango de corriente DC 0-3V 0-12 mA X1 X10 X100 0-1.2mA 0-12V 0-1200 mA X1k x10K x100K 0-120 mA 0-60V 12A 0-300V
1
Multímetro Digital
1
Resistor decádico Rango
1
Interruptor doble con protección
3
Interruptores simples
1
Banco de resistencias de carbón Resistor
Cables con diferentes terminales PROCEDIMIENTO PRÁCTICO: Para comprobar el valor de la resistencia multiplicadora (Rm) calculada para 12V fondo de escala en la lectura previa, colocar en el resistor en serie con el mili-amperímetro del circuito de la figura 1 dicho valor ir incrementando el valor de la fuente hasta tener el voltaje de diseño (12V), anotar los resultados. En caso de ser necesario ajustar simultáneamente el valor de la fuente de voltaje y el valor de Rm para que el mili-amperímetro (escala original) y el voltímetro (escala de 12V) marquen fondo de escala (el valor en Rm es el valor práctico del resistor multiplicador) y los terminales del conjunto serie mA y Rm son los terminales del voltímetro (AB). USO DE LA ESCALA DEL MILIAMPERÍMETRO COMO VOLTÍMETRO
Armar el circuito de la figura 2 con los elementos de protección y maniobra necesarios. Incrementar el valor de la fuente hasta tener un voltaje de 10V y tomar datos de: la diferencia de potencial total y en cada elemento; con el multímetro digital, con el multímetro analógico y con los terminales del voltímetro de prueba /AB aplicando la constante de escala)
TABLAS DE DATOS Resistencia m
Tabla 1. Valores calculados para V50 V100 V200 Nueva constante de escala
Tabla 2. Valor promedio de las medidas y error porcentual Instrumento VT
Valor medido V50 V100
V200
VT
Error porcentual V50 V100
V200
Miliamperímetro Voltímetro diseñado
Multímetro analógico
Multímetro Digital
Cálculo de resistencia multiplicadora a utilizar
Circuito IT
I2
I2
IT
I1 I1
IT
Ejemplo de cálculo de error para V 50 con el voltímetro diseñado
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Escala elaborada para 12v 3V
0
5mA
0
6V
10mA
9V
15mA
12V
20mA
Comentario y justificación de errores:
El cálculo de la constante de escala nos facilita enormemente la transformación de los valores para tomar la medida del voltímetro que diseñamos ya que solamente es necesario multiplicar el valor que nos de el miliamperímetro por la constante para obtener el valor del voltaje, además la constante de escala representa la mínima división de la escala del voltímetro diseñado y por lo tanto la apreciación del nuevo instrumento.
Otro factor a tomar en cuenta es que la resistencia multiplicadora encontrada experimentalmente varía con respecto a la calculada, esto puede ser debido a la resistencia interna de la fuente que afecta al circuito. VOLTÍMETRO PARA , Diagrama circuital del voltímetro
Constantes de escala.
Escala para 120v y 200v 50V
100V
150V
30V
60V
90V
0 0
0
200V 5mA
10mA
15mA
120V
20mA
COMENTARIO Y JUSTIFICACIÓN SOBRE LOS ERRORES OBTENIDOS EN LA PRÁTICA
Los errores obtenidos son muy bajos lo que da fe de que el cálculo de la resistencia interna del galvanómetro estuvo muy cerca del valor verdadero. Tambien se puede decir que el margen muy bajo de error se debio a la buena apreciación de los lectores al momento de tomar las medidas, aunque los errores siempre son de esperarse.
Una de las causas de los errores puede ser por la resistencia interna de los instrumentos de medida, incluso el multímetro digital presenta una resistencia interna que altera la corriente en el circuito, y el voltímetro diseñado también posee su resistencia interna que afecta las magnitudes en el circuito.
Se pueden mencionar otra posibles causas de errores como temperatura, humedad, y campos magnéticos en los alambres los cuales pueden alterar el movimiento de la aguja, además la sensibilidad de los instrumentos, ya que todos tienen diferente sensibilidad, la resistencia interna de la fuente ya que no es una fuente ideal, y otros factores.
CONCLUSIONES:
Se puede diseñar un voltímetro multi-escala, conociendo la resistencia interna de un microamperímetro con una resistencia multiplicadora en serie al microamperímetro, limitando la corriente que circula.
La apreciación del voltímetro diseñado bajo de 1 a 0.6 en relación al miliamperímetro que se utilizo en la práctica, lo que nos sugiere que habra un error mas pequeño al momento de tomar las medidas del voltaje, ya que si para el multímetro la mínima división de la escala era de 1 mA para el voltímetro diseñado será de 0.6 V.
Una resistencia multiplicadora más alta permitira el diseño de un voltímetro de mayor ondo de escala ya que esta resistencia multiplicadora limitará el flujo de la corriente.
RECOMENDACIONES
No tener recelo en preguntar algo que no entendemos, ya que si por alguna circunstancia realizamos una mala conexión y se quema un instrumento los únicos responsables seremos los estudiantes.
Las medidas se pueden alterar si se realizan mal las conexiones, así que hay que hacerlas bien y con el mayor cuidado.
Al tomar las medidas de voltaje colocar nuestro instrumento en paralelo con el elemento a medir, con el positivo del instrumento en la parte de mayor potencial y el negativo en el de menor potencial del elemento para así evitar daños por deflexión inversa en el instrumento.
POSIBLES APLICACIONES
Si en algún caso queremos medir algún voltaje alto y no tenemos los instrumentos adecuados, podemos crear nuestro voltímetro multiescala aplicando los conocimientos adquiridos en la práctica y así evitar dañar otros instrumentos inadecuados.
BIBLIGRAFÍA ADICIONAL
CEVALLOS Augusto. Hablemos de Electricidad: Teoría y Problemas. Escuela Politécnica Nacional, Quito – Ecuador, 2000. Pag 103, 104.
KARCZ, Andrés Fundamentos de Metrología Eléctrica “UNIDADES, PATRONES, INSTRUMENTACIÓN” tomo 1, Boixarev Editores 1975. COOPER; William. Instrumentación Electrónica Moderna. Capitulo 4 Técnica de las mediciones eléctricas, siemens Editorial Dosaat, 1975 CASTEJÓN, Agustín. Tecnología Eléctrica. Editorial McGraw-Hill, 1993 Cap. 15. GIL, Pedro. Circuitos Eléctricos. Manual de prácticas de Laboratorio. Universidad de Alcalá de Henares.
http://www.labc.usb.ve/mgimenez/Lab_Circ_Electronicos_Guia_Teorica/Cap6.pdf http://www.fortunecity.es/felices/barcelona/146/3ds/tutores/puentesdemedida.htm
