Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”
Vice-Rectorado Puerto Ordaz Catedra: Lab. Electrometría
Profesor:
Bachiller:
Luis Álvarez
Ricardo Fermín C.I: 25.124.013
Ciudad Guayana, Junio 2014
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Índice Pág.
Construcción de un amperímetro a partir de un galvanómetro de d'Arsonval Amperímetro en DC……………………………………………………………..45 Conexión de un amperímetro …………………………………………………..56 Amperímetro de varias escalas ………………………………………………..6-8 Características
de
un
amperímetro………………………………………………8
Construcción de un voltímetro a partir de un galvanómetro de d'Arsonval Voltímetro en DC ……………………………………………………………….910 Conexión de un voltímetro …………………………………………………...1011 Voltímetro de varias escalas ………………………………………………...1112 Características de un Voltímetro……………………………………………12 -13 ¿Cuál es la utilidad característica?............................. característica?........................................... ....................13 ......13
de
Instrumentos AC…………………………………………………………………….14
dicha
en
Conclusión………………………………………………………………………………..15 Bibliografía………………………………………………………………………………..16
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Introducción: Jacques-Arsène d'Arsonval (jun 8, 1851 a dic 31, 1940) fue un francés un francés médico , físico e inventor de la bobina móvil D'Arsonval móvil D'Arsonval galvanómetro y el termopar el termopar amperímetro . D'Arsonval era un importante contribuyente al emergente campo de la electrofisiología la electrofisiología , el estudio de los efectos de la de la electricidad en los en los organismos biológicos , en el siglo XIX. En la industria existen actualmente una gran cantidad de instrumentos eléctricos de aguja capaces de medir los parámetros más variados: corriente, voltaje, temperatura, presión, etc. Desde el punto de vista puramente externo (lo que podemos observar si nos acercamos a un panel donde están dichos instrumentos de medición) todos ellos presentan ciertas características en común: Constan de una escala graduada en las unidades correspondientes y de una aguja indicadora mediante la cual podemos realizar la lectura de la variable en un momento dado. Desde el punto de vista del funcionamiento, todos estos instrumentos se basan en la utilización de un mismo dispositivo: el galvanómetro de D'Arsonval, cuya principal característica es producir la deflexión de una aguja cuando a través de él circula una corriente continua, proporcional a la magnitud de la variable que se está midiendo. A manera de saber más, la operación oper ación de este dispositivo se s e basa en la interacción de una corriente eléctrica DC y un campo magnético fijo. En el siguiente trabajo estudiaremos cómo diseñar un amperímetro y voltímetro a partir de una galvanómetro D’arsonval, así como también sus funcionamientos y como diseñar varias escalas para los mismos.
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Construcción de un amperímetro a partir pa rtir de un galvanómetro de d'Arsonval d' Arsonval Los amperímetros electromecánicos industriales y de laboratorio se emplean para medir corrientes desde 1m A (10-6 A) hasta varios cientos de amperes. El movimiento de D' Arsonval ya que el paso de una corriente por la bobina genera un movimiento de la aguja proporcional a tal corriente. Para construir un amperímetro se emplea en la mayoría de los casos una llave selectora para conectar diferentes resistencia en paralelo con el galvanómetro llamadas comúnmente shunts, permitiendo de esta manera hacer lecturas de corrientes más grandes que las que puede hacer el galvanómetro solamente, que normalmente son pequeñas. El cambio de shunt de hacerse sin corriente, ya que sin estas resistencias toda la corriente pasaría por el galvanómetro causándole daños graves.
Amperímetro en DC El diseño de un amperímetro DC capaz de medir corrientes dentro de un rango especifico, se basa en la utilización de un divisor de corriente como es el siguiente:
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En el nodo A la corriente i se divide en dos: e . Por ley de Kirchhoff se tiene se tiene que cumplir:
De las dos ecuaciones anteriores podemos deducir las siguientes relaciones:
Vamos a aplicar este principio a nuestro diseño. Supongamos que disponemos de un galvanómetro cuya corriente máxima es Im y cuya resistencia interna es Ri, y queremos construir con él, un amperímetro capaz de medir una corriente I, donde I>Im. Si colocamos el galvanómetro en una de las ramas de un divisor de corriente, obtenemos la configuración mostrada:
Donde
por lo tanto
Para diseñar un amperímetro capaz de medir corrientes entre o e IAmp a partir de un galvanómetro cuya corriente máxima es lm y cuya resistencia interna es Ri, conectamos en paralelo con dicho dispositivo una resistencia de valor R1, calculado de tal forma que cuando la corriente incidente en el instrumento sea l, la que circule por el galvanómetro sea lm. Con esto obtenemos un instrumento cuya corriente máxima es I y cuya resistencia interna es Ri en paralelo con R1.
Conexión de un amperímetro Para que un amperímetro DC indique el valor de una corriente, debe circular por él dicha corriente, por lo tanto debemos conectar el amperímetro en serie dentro del
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circuito en el que deseamos realizar la medición, con la polaridad correcta. Por ejemplo, si queremos determinar la corriente que circula por el circuito mostrado en la figura, debemos conectar el amperímetro de la forma indicada.
Antes de conectar un amperímetro en un circuito debemos estimar el valor aproximado de la corriente que circula por el mismo, ya que en caso de que ésta sea superior a la máxima corriente que puede detectar el instrumento, podemos dañarlo. Otro factor que debemos tener en cuenta al conectar un amperímetro es el valor de su resistencia interna. Si dicho valor es comparable o mayor que el de las resistencias del circuito, la introducción del instrumento altera en forma apreciable el valor de la resistencia total y por lo tanto el de la corriente, por lo que la medida realizada de esta forma se aleja mucho del valor que tenía la corriente antes de introducir el instrumento en el circuito.
Amperímetro de varias escalas Los medidores típicos para banco para banco de laboratorio tienen exactitudes de aproximadamente 1 % del valor de la escala completa debido a las inexactitudes del movimiento del medidor. Además de este error, la resistencia de la bobina del medidor introduce una desviación con respecto al comportamiento al comportamiento de un amperímetro ideal, este instrumento es ideal cuando su resistencia interna es cero, es decir si actúa como un corto entre los puntos del circuito donde se desea realizar la medición. la medición. Si queremos diseñar un amperímetro de varias escalas, para cada una de ellas tendremos que calcular la resistencia que debemos colocar en paralelo con el galvanómetro. La configuración más simple de este instrumento es la mostrada en la Figura:
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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. Para evitar esto podemos emplear la configuración de la siguiente figura:
De esta forma mientras el selector se encuentra entre dos posiciones, el galvanómetro tiene siempre una resistencia conectada en paralelo.
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Otra solución posible para el circuito de la figura anterior es utilizar un selector tal que si se encuentra en una posición intermedia, esté conectado simultáneamente a dos resistencias adyacentes, como podemos observar en la Figura:
Características de un amperímetro. Las características que debemos indicar amperímetro son: - Corriente máxima - Resistencia interna - Exactitud - Precisión - Linealidad
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Construcción de un voltímetro a partir de un galvanómetro de d'Arsonval La mayor parte de los voltímetros emplean también el movimiento de D' Arsonval. Este movimiento se puede considerar en sí mismo un voltímetro, si se considera que la corriente que pasa por él, multiplicada por su resistencia interna origina una determinada caída de voltaje. En el caso del voltímetro el instrumento es ideal si ofrece resistencia infinita entre los puntos sobre los cuales se está realizando la medición del voltaje, es decir constituye un circuito abierto entre sus puntas de prueba, pero esto es difícil de lograr por lo que para aumentar el voltaje que se puede medir mediante ese instrumento, se agrega una resistencia más en serie a la resistencia propia del medidor. La resistencia adicional (que se llama un multiplicador) limita la corriente que pasa por el circuito del medidor.
Voltímetro en DC El diseño de un voltímetro DC capaz de medir voltajes dentro de un rango específico, se basa en la utilización de un divisor de voltaje, como el mostrado en la Figura:
En dicho circuito, a corriente que circula por ambas resistencias es la misma, por lo tanto se cumple: por lo tanto Pero:
y
, donde:
Vamos a aplicar este principio al diseño de un voltímetro. El galvanómetro tiene una resistencia interna Ri y una corriente máxima lm, debido a esto el voltaje máximo entre los extremos del mismo es Vmax = Ri*lm. Si queremos diseñar un voltímetro capaz de detectar entre sus terminales voltajes hasta de E voltios
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(donde E»Vmax) debemos conectar en serie con el galvanómetro una resistencia Ri, como se indica en la Figura:
El valor de R1 debe ser tal que:
Por lo tanto:
Con esta configuración tenemos un instrumento que marca máxima escala cuando el voltaje entre sus terminales es E.
Conexión de un voltímetro Para que un voltímetro DC indique el valor de un voltaje, debe existir dicho voltaje entre sus terminales, por lo tanto tenemos que conectar el voltímetro en paralelo con el elemento al que queremos determinarle su voltaje con la polaridad adecuada. Por ejemplo, si deseamos medir el voltaje existente entre los terminales de la resistencia R2 del circuito mostrado en la Figura, debemos conectar el voltímetro como se indica:
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Antes de conectar un voltímetro, al igual que en el caso del amperímetro, debemos estimar el valor aproximado del voltaje que vamos a medir, ya que en caso de que éste sea superior al máximo voltaje que puede detectar el instrumento, podemos dañarlo. De la misma forma, otro factor que debemos tener en cuenta al conectar un voltímetro es su resistencia interna. Si esta resistencia es del mismo orden de magnitud que aquella sobre la que vamos a conectar el voltímetro en paralelo, la introducción del instrumento afecta la resistencia total del circuito en forma apreciable, y por lo tanto altera el voltaje que deseamos medir.
Voltímetro de varias escalas 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 las marcas de las terminales. Los voltímetros típicos de corriente directa (CD) de laboratorio tienen exactitudes de ± 1 % de la escala completa. 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. Para cada una de las escalas que deseamos diseñar, debemos calcular la resistencia que debemos conectar en serie con el galvanómetro. Una vez realizado este cálculo, podemos implementar el voltímetro de varias escalas utilizando una de las configuraciones presentadas en las siguientes figuras:
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Características de un Voltímetro. 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 sens ibilidad. Para diseñar un voltímetro de varias escalas, debemos calcular la resistencia que tenemos que conectarle en serie al galvanómetro para cada una de ellas. O sea, para obtener una escala que pueda indicar hasta V1 voltios, debemos conectar una resistencia R1, para tener otra que llegue hasta V2, debemos conectar R2 y así sucesivamente. Para la primera escala la resistencia interna total que 12
presentará el voltímetro será RTl = Ri + R1, para la segunda será RT2= Ri + R2, etc. La tabla resume el procedimiento de diseño.
Como podemos observar en la tabla anterior, la relación (resistencia interna total)/ (voltaje máximo de la escala) es una constante que depende del galvanómetro que estamos utilizando, ya que es igual al inverso de la corriente máxima de dicho instrumento. Esta relación se conoce con el nombre de característica ohmios/voltio ya que éstas son las unidades en que viene expresada.
¿Cuál es la utilidad de dicha característica? Observando la primera, tercera y cuarta columnas de la tabla anterior podemos deducir que si conocemos dicha característica del voltímetro y la escala que vamos a utilizar para realizar una medición determinada, podemos calcular la resistencia interna que presenta el voltímetro en dicha escala.
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Instrumentos en AC Todos los instrumentos que hemos estudiado hasta este punto están diseñados para medir señales continuas. Las corrientes y los voltajes alternos, como su nombre lo indica, varían en el tiempo, y por lo general, un instrumento de aguja como el Galvanómetro de D'Arsonval no es capaz de seguir estas variaciones. Por lo tanto, si hacemos circular una corriente alterna por un Galvanómetro, el instrumento indicará el valor promedio de la señal, que usualmente es cero. Ahora bien, cuando trabajamos con corrientes y voltajes alternos, por lo general nos interesa conocer su valor eficaz (r.m.s.), el cual, para señales sinusoidales, es igual al valor pico multiplicado por √ . Una forma simple de medir este parámetro es rectificar la señal alterna mediante un puente de diodos y aplicar la señal rectificada a un instrumento DC, como podemos observar en la Figura:
La escala del Galvanómetro se calibra para que la lectura corresponda al valor r.m.s de la señal bajo medición.
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Conclusión:
El galvanómetro de D’Arsonval es un instrumento de medición eléctrica muy
usado, ya que este se puede usar para medir voltajes o corrientes dependiendo de su calibración y del momento de torsión que experimente la bobina. El mecanismo o movimiento que patentó D' Arsonval se basa en este principio. Una bobina de alambre se fija en un eje que gira en dos cojinetes de joya. Para la medida de la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito utilizamos un voltímetro, que está formado por un galvanómetro conectado en serie con una resistencia de alto valor. Para la medida de la intensidad de una corriente eléctrica, se dispone en paralelo con el galvanómetro, una resistencia de bajo valor, llamada "shunt". Este montaje se llama amperímetro y se conecta en serie con la carga sobre la que se va a medir la intensidad de la corriente que le atraviesa
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Bibliografía
Electricidad industrial, Volumen 2; Chester L. Dawes Iniciación a la física, Volumen 2; Julián Fernández Ferrer,Marcos Pujal Carrera Física preuniversitaria, Volumen; Paul A. Tipler
Internet:
http://www.monografias.com/trabajos7/inba/inba2.shtml http://www.labc.usb.ve/paginas/mgimenez/Lab_Circ_Electronicos_Guia_Teorica/C ap6.pdf
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