Ampliación Del Rango de Un Amperímetro y Un Voltímetro

AMPLIACIÓN DEL RANGO DE UN AMPERÍMETRO Y UN VOLTÍMETRO OBJETIVOS Aprender a ampliar la escala de un voltímetro atravez de resistencias en serie Aprender a ampliar la escala de un amperímetro atravez de resistencias en paralelo

II. FUNDAMENTO TEÓRICO AMPLIACIÓN DEL RANGO DE UN AMPERÍMETRO

Ampl Amplia iaci ción ón de alca alcanc nce e de ampe amperí ríme metr tros. os. El amperímetro es un apar aparat ato o o instrumento que permite medir la intensidad de corri orrien entte eléc eléctr tric ica, a, presentando directamente sobre su escala calibrada las unidades empleadas para ello denominadas amperios o bien fracciones de amperios. Su utilización es muy amplia ya que con independencia de su propia aplicación directa de medida, también se emplea como base para la construcción de otros instrumentos, como voltímetros voltímetros,, óhmetros óhmetros,, etc. Su funcionamiento está basado en uno de los principios fundamentales del electromanetismo electromanetismo que  que en su forma más más simpl simple e nos nos indi indica ca que que cual cualqu quie ierr corr corrie ient nte e eléc eléctr tric ica a pasa pasa por por un hilo hilo conductor produce un campo manético alrededor manético  alrededor del mismo !similar al campo manético de un imán",cuya fuerza depende de la intensidad de la corriente que circule. #ara este tipo de instrumentos el acopamiento de la resistencia para ampliar su alca alcanc nce e es en para parale lelo lo y la resiste esistenc ncia ia a cone conect ctar arse se toma toma el nomb nombre re de $esistencia Shunt. #ara ara inic inicia iarr el cálc cálcu ulo de la amplia pliaci ció ón del del ran rano de un amp amperím erímet etrro tomaremos en cuenta la tensión que pasa por la $esistencia Shunt !$s", para la plena desviación de la au%a, la misma que será&

's ( $s)!*+*" -onde& $s($esistencia Shunt, en ohmios *+(*ntensidad que se debe medir *( *ntensidad má)ima que soporta el aparato

'onsiderando la tensión que pasan en las resistencias del aparato y shunt tenemos la siuiente iualdad&

$s !*+*"(*)$a -espe%ando $s de esta ecuación tenemos&

$s(

Ix Ra  I 1− I 

-ónde& $s( $esistencia Shunt, en ohmios $a( $esistencia interna del aparato, en ohmios *( *ntensidad má)ima del aparato, en amperios *+(*ntensidad que se desea obtener en el aparato, en amperios Esta fórmula es la que se emplea para halla la $esistencia Shunt para ampliar el rano de un amperímetro #ara efectuar las lecturas correctas del instrumento es necesaria considerar un coeciente !/" para estas medidas, la misma que se obtiene de dividir la intensidad que se desea obtener !*+" entre la intensidad del aparato !*"

/(

 I 1  I 

-ónde& /( es el coeciente por el que tiene que multiplicarse la lectura que indica el aparato para obtener la manitud de medida utilizando la $s.

AMPLIACIÓN

Se di%o anteriormente que el alcance de todo instrumento puede ser ampliado. En el caso del amperímetro se emplea, a tal n, un dispositivo llamado 0shunt1 !en inlés, derivación"

Este permite que sólo atraviese la bobina móvil del instrumento, aquella corriente que el mismo puede tolerar. 2n 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 él. 3as características del shunt dependen del rano de medida que se necesite y que viene determinado en la escala del amperímetro, por lo tanto, para cambiar la escala de medida de un instrumento, bastaría cambiar el shunt ya que la bobina sería la misma. AMPLIACIÓN DEL RANGO DE UN VOLTÍMETRO

Entre los aparatos de medida eléctrica que más se usan en los talleres de reparaciones eléctricas tenemos& el miliamperímetro, el amperímetro y el voltímetro. 4odos estos aparatos tienen en su interior una bobina interna, la que tiene una determinada resistencia óhmica. Esta resistencia interna se debe conocer cuando se quiere aumentar el rano de medida de un instrumento Si se quiere aumentar la amplitud de un 5oltímetro, debemos de realizar los siuientes cálculos& -atos que se deben tener en cuenta #ara iniciar el cálculo para la ampliación del rano de un instrumento se debe de tener presente los siuientes datos& $a( $esistencia interna del aparato $m ( $esistencia multiplicadora que se conecta en serie con la $a  e ( 5olta%e má)imo del aparato E( 5olta%e que se desea obtener del aparato 'omo en ambos casos la desviación de la au%a es la misma, la intensidad de corriente que pasa por la resistencia interna será idéntica, veamos la caída de tensión en cada una de las resistencias internas del aparato 3a caída de tensión en $a será iual a ( !e" 3a caída de tensión en $m será iual a ( !Ee" Ahora bien, si sabemos que la intensidad es la misma en la resistencia interna del aparato, haamos una comparación de ambas fórmulas& considerando la intensidad de la resistencia a medirse y tenemos&

*t(

e  R a

&

 E

−e

 R m

-e esta iualdad despe%amos la $m !resistencia multiplicadora", que debe conectarse en serie con la resistencia interna del aparato. 6asándonos en el principio de que 0El producto de los medios es iual al producto de los e)tremos1, tomamos los e)tremos conocidos7 $a que multiplica a la diferencia !Ee", todo ello sobre !e", que es el 8nico medio conocido, se obtiene el siuiente resultado.

$m (

( −e )

 Ra  E e

-onde $m( es resistencia multiplicadora $a( es resistencia del aparato e ( es la lectura má)ima en voltios para la cual se ha construido el aparato E (es la lectura en voltios que deseamos alcanzar del aparato #ara efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo7 esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a n de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría luar a una medida errónea de la tensión. #ara ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromanéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy no y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consiue el momento necesario para el desplazamiento de la au%a indicadora. En la actualidad e)isten dispositivos diitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando comple%os circuitos de aislamiento. En alunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los devanados y óranos mecánicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los diitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total. AMPLIACIÓN

Al iual que en los amperímetros podemos ampliar el campo de medida de un voltímetro. En este caso para conseuir dicha ampliación tenemos que conectar resistencias en serie. Sin ninuna resistencia adicional estos voltímetros pueden medir valores de hasta 9,+ 5. #odemos llear a medir valores de hasta :;9 5 pero, a partir de los ;99 5 apro)imadamente, debemos colocar las resistencias adicionales fuera del voltímetro para que no se produzcan errores debido al calentamiento. 4odo lo dicho hasta ahora se reere a la medida de tensiones en corriente continua, pero también podemos medir tensiones en corriente alterna introduciendo peque
$a ( $v != +" -ónde& Ra ( valor de la resistencia de ampliación del voltímetro. Rv ( resistencia interna del voltímetro !Este valor es habitualmente conocido o, fácilmente calculable" N ( es el factor de multiplicación != ≠+

III. ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS E INSTRUMENTOS UN AUTOTRANSFORMADOR

El autotransformador es un transformador de características especiales. En efecto, puede ser concebido como un transformador con un solo bobinado con sus dos bornes accesibles y con un tercer borne accesible que conecta a una toma intermedia del bobinado y el cuarto borne com8n a aluno de los dos primeros o, lo que sería equivalente, dos bobinados conectados de tal manera que tienen dos de sus cuatro bornes accesibles conectados en com8n. 3a principal venta%a de este tipo de transformadores radica en que se puede disminuir el tama
UN VOLTÍMETRO CON ESCALA

-an una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo 3'-. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor ecaz !$>S", autorrano y otras funcionalidades. El sistema de medida emplea técnicas de conversión analóicodiital !que suele ser empleando un interador de doble rampa" para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica 3'-.

UN AMPERÍMETRO CON ESCALA

Amperímetro es un aparato o instrumento que permite medir la intensidad de corriente eléctrica, presentando directamente sobre su escala calibrada las unidades empleadas para ello denominadas amperios o bien fracciones de amperios, la medida deseada.

PANEL DE PRUEBAS

IV. PROCEDIMIENTO PARA EL AMPERÍMETRO

*ntentemos aumentar la ampliación del rano de un amperímetro que tiene las siuientes características.

'orriente inicial(?;9mA 'orriente ampliada(@99mA $esistencia interna(+? RESISTENCIA DE SHUNT

CS=RS (I1I!" -ónde&

$S(

∗  I  1− I  I   Ra

$S(resistencia de shunt $a(resistencia interna del aparato *(intensidad má)ima del aparato *+(intensidad que se debe de obtener del aparato $eemplazando los datos tenemos lo siuiente&

R S=

∗ 400 mA − 250 mA  250 mA  12 Ω

RS=!#$ Su factor lo obtenemos dividiendo la corriente ampliada entre la corriente inicial entonces se obtiene lo siuiente.  

Fa%&'=1.)

PARA EL VOLTÍMETRO

*ntentemos aumentar la ampliación del rano de un voltímetro que tiene las siuientes características. $ES*S4E='*A *=4E$=A(B:;9 4E=S*C= *=*'*A3(+;95 4E=S*C= A>#3*A-A(B995

*1=

e  Ri

E −e

=

 Rm

Entonces

R+=

( E

)

−e ∗ Rn

e

'alculando la resistencia multiplicadora

R+=

( 300 −150 )∗3750 150

=,-#$

#or lo tanto su factor lo obtenemos dividiendo la tensión ampliada entre la tensión inicial haciendo el cálculo se obtuvo el siuiente resultado.

Fa%&'= !

V. DATOS E/PERIMENTALES #ara el voltímetro se obtuvo la siuiente tabla n8mero +. DATOS

1 ! ,

MEDIDA DEL VOLTÍMETR O(V" :? +?9 +@D

MEDIDA MULTIPLIC ADA POR 0  (V" +@@ ?@9 ??

MEDIDA REAL(V"

ERROR ABSOLUT O(V"

ERROR RELATIVO ("

+@+ ?BD ?F

B @ @

?.+?: +.D; +.BF@

#ara el amperímetro se obtuvo la siuiente tabla n8mero ?. DATOS

MEDIDA DEL AMPERÍMETR O(+A"

1 ! ,

+; ?9D ?BF

VI. CONCLUSIONES

MEDIDA MULTIPLIC ADA POR 0  (+A" ?;@.@ B?.D BF9.F

MEDIDA REAL(+ A"

ERROR ERROR ABSOLUTO( RELATIV +A" O ("

?;B BB; BFF

+.@ ;.@ :.?

9.;;B +.D+? +.F;D

 #ara ampliar la escala del voltímetro se conecta resistencias en serie con

este instrumento de medición, la resistencia va a hacer que la mayor caída de tensión ocurra en esa resistencia y una cantidad mucho menor lo haa en el voltímetro.  #ara ampliar la escala del amperímetro se conecta una resistencia en paralelo con el amperímetro, con esto lo que conseuiremos será que casi toda la corriente se desvíe por esta resistencia y sólo una peque
VII. OBSERVACIONES  3a escala que se quiere ampliar no podrá ser la que realmente se quiere

ya que el valor de las resistencias vienen ya de fábrica por lo que se tendrá que traba%ar en base a esas y nos dará un valor cercano

VIII. SUGERENCIAS  'uando se esté probando el circuito aplicándole corriente tener cuidado

de no tocarlo ya que podrían ser nocivas para las personas  'uando se esté midiendo con el instrumento de medición tratar de estar bien posicionado para así no caer en error de paralela%e.

I/. BIBLIOGRAFÍA  http&GGeducativa.catedu.esG@@:99+D;GaulaGarchivosGrepositorioGGB999GB9F

DGhtmlG??+HampliacinHdeHescalaHmedianteHresistencia.html  http&GGeducativa.catedu.esG@@:99+D;GaulaGarchivosGrepositorioGGB999GB9F DGhtmlG?++HampliacinHdeHescalaHmedianteHresistenciaHenHparalelo.html