INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO”.
EXTENSIÓN PORLAMAR. INGENIERÍA ELÉCTRICA.
GALVANÒMETRO.
Realizado por :
WILJORGE JOSÉ LEÓN SILVA. C.I. 24.109.290.
PORLAMAR, JUNIO DEL 2017.
1. El Galvanómetro.
El galvanómetro es un instrumento que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor análogo electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación, posicionamiento y servomecanismos. Es capaz de detectar la presencia de pequeñas corrientes en un circuito cerrado, y puede ser adaptado, mediante su calibración, para medir su magnitud. Su principio de operación (bobina móvil e imán fijo) se conoce como mecanismo de D'Arsonval, en honor al científico que lo desarrolló. Este consiste en una bobina normalmente rectangular, por la cual circula la corriente que se quiere medir, esta bobina está suspendida dentro del campo magnético asociado a un imán permanente, según su eje vertical, de forma tal que el ángulo de giro de dicha bobina es proporcional a la corriente que la atraviesa.
2. Galvanómetro de Cuadro Móvil Pivoteado.
En el galvanómetro de cuadro móvil o bobina móvil, el efecto es similar, difiriendo únicamente en que en este caso la aguja indicadora está asociada a una pequeña bobina, por la que circula la corriente a medir y que se encuentra en el seno del campo magnético producido por un imán fijo. En el diagrama de la derecha está representado un galvanómetro de cuadro móvil en el que, en rojo, se aprecia la bobina o cuadro móvil y en verde el resorte que hace que la aguja indicadora vuelva a la posición de reposo una vez que cesa el paso de corriente. En el caso de los galvanómetros térmicos, lo que se pone de manifiesto es el alargamiento producido al calentarse, por el Efecto Joule, al paso de la corriente, un hilo muy delgado arrollado a un cilindro solidario con la aguja indicadora. Lógicamente el mayor o menor alargamiento es proporcional a la intensidad de la corriente
3. Galvanómetro Balístico.
Un galvanómetro balístico es un tipo de amperímetro. Cualquier galvanómetro cuya unidad móvil tiene un muy largo período de oscilación puede funcionar como balística. Generalmente se prefiere el tipo magnetoeléctrica, debido a la alta resistencia del circuito trabaja con prácticamente cero amortiguaciones. Las principales características de un galvanómetro balístico son el gran momento de inercia del elemento móvil y la consiguiente pequeña amortiguación. El elemento móvil, bajo la acción de una descarga casi corriente instantánea que corresponde a una cierta cantidad de energía eléctrica, se somete a un pulso con el consiguiente movimiento oscilatorio armónico (el caso teórico de cero amortiguación) a las mayores oscilaciones de amplitud, para una y la misma herramienta, mayor es la cantidad de electricidad que en la descarga instantánea a través de la bobina móvil. La amplitud del elemento móvil primera oscilación se denomina alargamiento. Es necesario que se lleve a cabo lentamente para que pueda leer cómodamente el valor máximo. Con mayor razón, si el movimiento es lento, es probable que incluso antes de que se inicie ch'esso, toda la descarga se hace pasar a través del instrumento y que el impulso que se somete el elemento móvil es prácticamente debido a la cantidad total de electricidad que cruces. El funcionamiento de un galvanómetro balístico se entiende mejor cuando se analiza el efecto de un campo magnético en un cable conductor. Un cable conductor en presencia de un campo experimenta una fuerza que está dada por la fórmula:
magnético,
. Esta fórmula relaciona la corriente en un conductor con una fuerza magnética. Esta proporción se utiliza en un instrumento que se llama galvanómetro. En el gráfico inferior se presenta la estructura de un galvanómetro.
4. Sensibilidad del Galvanómetro.
Se llama sensibilidad balística, el número que expresa la desviación Se define como sensibilidad de un galvanómetro, a la corriente necesaria para que la aguja indicadora se desvíe hasta el extremo de la escala. Así, un miliamperímetro de 0-3 mA precisa de una corriente de 3 mA, para obtener la desviación a plena escala de la aguja, correspondiente a la unidad de la cantidad de carga eléctrica que pasa a través en forma de descarga instantánea de la herramienta. El elemento móvil se oscilaciones amortiguadas ligeramente (es imposible obtener que no están de amortiguación absolutamente); el alargamiento es proporcional a la cantidad de carga que pasa a través del galvanómetro
5. Shunt Ayrton.
Un shunt es una carga resistiva a través de la cual se deriva una corriente eléctrica. Generalmente la resistencia de un shunt es conocida con precisión y es utilizada para determinar la intensidad de corriente eléctrica que fluye a través de esta carga, mediante la medición de la diferencia de tensión o voltaje a través de ella, valiéndose de ello de la ley de Ohm (I = V/R). Es una alta resistencia shunt utilizado en galvanómetros para aumentar su gama sin cambiar la amortiguación. El circuito lleva el nombre de su inventor William E. Ayrton. Multirange amperímetros que utilizan esta técnica son más precisos que los que utilizan un interruptor de maquillaje antes-break. También se eliminará la posibilidad de tener un medidor sin una derivación que es una seria preocupación en los interruptores de conmutación previa a la rotura. El interruptor selector cambia la cantidad de resistencia en paralelo con R m (resistencia metros). La caída de tensión en ramas paralelas es siempre igual. Cuando todas las resistencias se colocan en paralelo con R m sensibilidad máxima de amperímetro se alcanza. Ayrton derivación se utiliza muy poco para corrientes superiores a 10 amperios.
6. Resistencia Interna del Galvanómetro.
La resistencia interna propiamente dicha es la que posee el devanado del dispositivo magnético, no obstante, normalmente se entiende por resistencia interna a la resistencia total que ofrece el instrumento en su aplicación específica (voltímetro, amperímetro, etc.); y que es debida además, a la resistencia (o resistencias) que pueden conectarse en paralelo o en serie con el galvanómetro. Supongamos que se desea construir un voltímetro con una escala de 0 V a 100 V, utilizando para ello un galvanómetro de 0-2 mA, cuya resistencia interna es de 100?. En la siguiente figura se representa la disposición del circuito fundamental para dicho voltímetro. La tensión a medir se aplica a los terminales A y B.
El dispositivo de medida posee una Ri = 100? , conectada en serie con una resistencia R comúnmente denominada "multiplicador". La finalidad de R es limitar la corriente en el circuito a 2 mA cuando se le aplican 100 V. Ello produce una desviación de la aguja indicadora hasta el extremo de la escala. En el punto así obtenido, debe marcarse la división correspondiente a los 100 V. Si no aplicamos tensión alguna la aguja indicará los 0 V. Aplicando una tensión de 50 V, circulará una corriente de 1 mA y la aguja se desviará hasta la mitad de la escala. Siguiendo este procedimiento podemos calibrarla para 100 V y como se observará, es una escala lineal, puesto que responde a una ecuación lineal (Ley de Ohm).
7. Ecuación del Galvanómetro.
Existen dos orígenes diferentes de las fuerzas eléctricas que se ejercen sobre una carga eléctrica. Son l lamados: “fuerza electrostática” y “fuerza magnética”. Los dos campos vectoriales son: la intensidad de campo
eléctrico E [voltio/metro], y la densidad de flujo magnético, B [weber]. La fuerza instantánea sobre una carga puntual de q coulombs, que se mueve con una velocidad de v [m/seg], está relacionada con los dos campos por la ley f = q.(E + v ´ B) newton En el caso particular de que las cargas eléctricas se muevan dentro de un conductor, como en la bobina del galvanómetro, la ley de fuerza puede formularse en función de la corriente de conducción en lugar de la carga. La magnitud de la fuerza total ejercida sobre una bobina de n vueltas es f = i n.B.L Y su dirección es mutuamente perpendicular a B y al lado de la bobina L.
8. Caso Oscilatorio del Galvanómetro.
Son los movimientos periódicos en los que la distancia del móvil al centro, pasa alternativamente por un valor máximo y un mínimo. El movimiento oscilatorio es un movimiento en torno a un punto de equilibrio estable. Este puede ser simple o completo. Los puntos de equilibrio mecánico son, en general, aquellos en los cuales la fuerza neta que actúa sobre la partícula es cero. Si el equilibrio es estable, un desplazamiento de la partícula con respecto a la posición de equilibrio (elongación) da lugar a la aparición de una fuerza restauradora que devolverá la partícula hacia el punto de equilibrio.
9. Caso Periódico del Galvanómetro.
Un movimiento se dice periódico cuando a intervalos iguales de tiempo, todas las variables del movimiento (velocidad, aceleración, etc.), toman el mismo valor.
10. Amortiguamiento Crítico del Galvanómetro.
El comportamiento dinámico de un galvanómetro se puede observar mediante interrupciones repentinas de la corriente aplicada, de manera que la bobina regresará de su posición deflectada a su posición cero. Esto se reconoce como resultado de la inercia del sistema móvil, la aguja pasará por la marca cero en dirección opuesta, y después oscilará alrededor de cero. Estas oscilaciones se reducen de manera gradual debido al amortiguamiento del elemento móvil y finalmente la aguja llega a su estado de r eposo en cero. Tres cantidades caracterizan el movimiento de la bobina móvil en el campo magnético:
El momento de inercia (J) de la bobina móvil sobre el eje de rotación. El par opuesto (S) desarrollado por la suspensión de la bobina. La constante de amortiguamiento (D).
La ecuación diferencial que relaciona estos tres factores tiene tres posibles soluciones, y cada una describe el comportamiento dinámico de la bobina en función del ángulo de deflexión q. Estas respuestas se conocen como: I. Sobreamortiguado, es aquel donde la bobina regresa lentamente a su posición estable sin sobrepaso ni oscilaciones. II. Subamortiguado es aquel donde el movimiento de la bobina está sujeto a las oscilaciones senoidales amortiguadas. La razón con la que desaparecen tales oscilaciones se determina con la constante de amortiguamiento (D), el momento de inercia (J) y el contrapar (S) producido por la suspensión de la bobina. III. Críticamente amortiguado en el cual la aguja regresa con rapidez a su posición estable, sin oscilaciones. Idealmente, la respuesta del galvanómetro debería hacer que la aguja llegara a su posición final sin sobretiro; de esta forma el movimiento sería críticamente amortiguado. En la práctica, el galvanómetro es un tanto subamortiguado, lo que causa un sobretiro de la aguja poco después de llegar al reposo. El amortiguamiento del galvanómetro se logra por dos medios: mecánico y electromagnético. El amortiguamiento mecánico es producido principalmente por el movimiento de la bobina a través del aire que la rodea lo que es independiente de la corriente eléctrica que circule por la bobina. La fricción del movimiento en sus cojinetes y la flexión de los resortes de suspensión
causada por la bobina giratoria también contribuyen a los efectos de amortiguamiento mecánico. El amortiguamiento electromagnético es causado por los efectos inducidos en la bobina móvil conforme gira en el campo magnético, dado que la bobina forma parte de un circuito eléctrico cerrado
