INSTRUMENTOS ELECTRODINAMICOS Estos Instrumentos permiten construir voltímetros, amperímetros, vatimetros entre otros. Se caracteriza por tener dos bobinas uno fijo y otro móvil lo que permite excitar ambos bobinados con tensiones.
Instrumentos Electrodinámicos con núcleo de hierro Este tiene un gran parecido con el instrumento de bobina móvil e imán, excepto que en vez de un imán permanente tiene un electroimán, es decir crea un flujo magnético por medio de una corriente eléctrica.
Instrumentos Electrodinámicos sin hierro Cuando reaccionan entre si dos bobinados cada una de los cuales crea su campo magnético, el par que aparece es proporcional al producto de sus respectivos flujos y al seno del Angulo formado por dichos flujos .
Entre los instrumentos electrodinámicos tenemos los siguientes: El galvanómetro: galvanómetro: Un galvanómetro es un dispositivo electromecánico en el cual se produce un par útil como resultado de la interacción entre una corriente eléctrica, que pasa por la bobina del instrumento y del campo magnético existente en el medio ambiente de la bobina. El galvanómetro de d'Arsonval que pertenece al tipo de bobina móvil e imán permanente (IPBM). Las propiedades más destacadas de este movimiento son las siguientes: · Muy bajo consumo de potencia. · Requiere de baja corriente para la deflexión a plena escala ( I fsd fsd ). ). · La operación del instrumento está relativamente libre de efectos de campos Magnéticos parásitos. · Escala uniforme. uniforme. · Amplio margen de sensibilidad. · Características dinámicas que permite una rápida velocidad de respuesta a un Cambio dado en la corriente, y la capacidad de ser amortiguado críticamente.
HIERRO MOVIL Dispositivos de Hierro Movil Fundamentos
Para entender cabalmente el funcionamiento de los dispositivos de hierro móvil es necesario entender que las leyes del electromagnetismo exponen que cuando una corriente atraviesa un material conductor se genera un campo electromagnético alrededor del mismo, de tal manera si se entorcha un alambre de forma regular, se generara un campo magnético similar al de un imán, con un polo norte y polo sur bien definidos.
Usando el modelo electromagnético de un imán pero ahora en la forma de una bobina, definimos: 1. La magnitud del campo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente que atraviesa el alambre 2. La magnitud del campo magnético es proporcional a cantidad de espiras que estén entorchadas alrededor de el núcleo 3. La magnitud del campo magnético es inversamente proporcional al radio de la espira 4. La magnitud del campo magnético es proporcional al material del núcleo de la espira. Un núcleo de hierro dulce mantiene constante y estable el campo magnético. Dispositivos de Hierro Móvil
De esta manera podemos establecer que si entorchamos un hilo de cobre alrededor de un núcleo de hierro dulce, con un radio y cantidad de espiras constantes entonces la única variable que dominara la magnitud del campo magnético será la corriente. En el diagrama a continuación se muestra como funciona un dispositivo de medición de hierro móvil
Al hacer pasar una corriente a través de la bobina o solenoide se genera un campo magnético que impulsa la armadura de hierro móvil hacia abajo (corriente positiva) o hacia arriba (corriente negativa) con respecto a una pieza fija, un cable metálico suficientemente resistente sujeta la masa a un resorte cuya única función es devolver la masa a la posición inicial, por rodadura el hilo da torsión a un índice calibrado. Con corrientes nulas (I=0) la bobina debe volver a su posición inicial, en ese instante la aguja marcara la referencia 0 (cero), después se podrá calcular a que intensidad de corriente la aguja marcara los extremos que permita el resorte
Multimetros de Hierro Móvil Los elementos básicos son: - Una bobina móvil, a través de la cual circula la corriente DC. - Un imán, que produce el campo magnético fijo. - Un resorte, cuya función es servir de mecanismo equilibrador de la rotación de la bobina.- Una aguja indicadora, sujeta a la bobina móvil y una escala graduada mediante las cuales podemos realizar la lectura. Links de interés
http://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3fono_de_bobina_m%C3%B3vil http://www.galeon.com/ultimopunto/cat_tecno/tecno_multim03.htm http://www.natureduca.com/tecno_eltec_elecmag_amperim.php http://www.calimport.cl/Images/PDFcalimport/Pdf_c/c3-c5.pdf http://www.sapiens.itgo.com/documents/doc12.htm
Segundo objetivo de la unidad I Estudiar los diferentes instrumentos empleados para la medición de las magnitudes eléctricas fundamentales
Instrumentos galvanométricos de imán permanente y bobina móvil
Son aquellos en los que la causa primera de la indicación se debe a la intensidad de una corriente eléctrica y que operan, generalmente, por medio de fenómenos de interacción electrodinámica entre corrientes eléctricas y campos magnéticos.
Bobina móvil y fija de un aparato de medida con sistema electrodinámico
Se utiliza como principio de medición la fuerza que se ejerce sobre un conductor, bobina o carrete móvil, habitualmente giratorio, por el que circula una corriente eléctrica cuando dicho
conductor, bobina o carrete se encuentra inmerso en un campo magnético producido bien por un imán permanente o bien por otro conductor, bobina o carrete recorridos a su vez por otra intensidad. También se utiliza como fuerza motriz la repulsión entre dos piezas de h ierro dulce, una fija y otra solidaria con el conjunto móvil, magnetizadas ambas por la corriente que circula por un solenoide fijo. Los instrumentos desvían proporcionalmente, aunque no siempre de forma lineal, al valor de la intensidad, aunque está a su vez pueda proceder de la diferencia de potencial existente entre los puntos a los que se conecta la rama en la que esté inserto el instrumento.
Fig. 1 Estructura básica de un galvanómetro de bobina móvil e imán permanente Voltímetro
La figura 2 muestra la disposición constructiva de un voltímetro de carácter galvanométrico en el que el elemento medidor G es un galvanómetro sensible que indica la intensidad IG, obteniéndose el valor de la tensión entre los puntos donde se conecta el conjunto por la sencilla aplicación de la ley de Ohm.
V X = (RS + RG ) · I G Donde RG e IG son la resistencia e intensidad del instrumento y R S el valor de la
resistencia conectada en serie para construir el conjunto voltimétrico. Se pueden obtener diferentes escalas solo cambiando el valor de la resistencia RS. Amperímetro
Se consigue asociando en paralelo o shunt una resistencia R sh con el galvanómetro como se ilustra en la figura 3. Esto permite realizar mediciones de valores de corriente superiores al fondo de escala del galvanómetro.
Donde RG y IG son la resistencia e intensidad del instrumento y R sh el valor de la resistencia shunt conectada en paralelo con el galvanómetro. El conjunto anterior permite constituir un conjunto amperimétrico. Se puede variar la escala de medición cambiando el valor de la resistencia Rsh.
Ohmímetro
El ohmímetro es un instrumento utilizado para la medición directa o indirecta de las resistencias eléctricas. El más sencillo está constituido por un galvanómetro que usualmente es más sensible que los empleados para el diseño de voltímetros y amperímetros y una pila eléctrica conectados en serie con la resistencia a medir, cuyo valor aproximado se deduce aplicando la ley de Ohm.
El ohmímetro es un instrumento que se utiliza en circuitos no operantes donde la potencia ha sido interrumpida, a diferencia de los elementos estudiados hasta ahora. Para llegar al fondo de escala del ohmímetro se deben cortocircuitar los terminales donde se conectan las resistencias RX, lo que indica un valor de cero ohmios. Las escalas de los ohmímetros no son lineales ya que cuanto mayor es el valor de la resistencia a medir, menor es el flujo de electrones para un voltaje determinado. Habitualmente las escalas de los ohmímetros son inversas a las escalas de los amperímetros o voltímetros.
Instrumentos galvanométricos de hierro móvil
En estos elementos la corriente a medir pasa por una bobina que se encuentra fija. Al pasar, crea un campo magnético que polariza dos trozos de hierro, uno de los cuales se encuentra fijo y el otro móvil. Al estar polarizados de la misma forma se produce una fuerza de repulsión entre ellos que actúa sobre un muelle que frena la pieza móvil. La corriente que la atraviesa es proporcional a la fuerza que la genera para vencer el muelle. La escala de este elemento no es lineal. Se puede emplear para la medición de corrientes alternas y continuas.
Instrumentos galvanométricos electro-dinamométricos
El principio electro-dinamométrico es de gran importancia porque, al disponer de dos circuitos independientes, permite ser aplicado no sólo en voltímetros y amperímetros, sino que también en instrumentos medidores de potencia cuando la señal a medir es alterna. Este tipo de instrumento hace uso de campos magnéticos producidos por dos bobinas, una fija y otra móvil (en algunos casos el elemento móvil puede tener dos bobinas), cada una de las cuales es portadora de corriente que es función de la corriente o el voltaje que se desea medir; la reacción entre los campos de la bobina fija y móvil proporciona el torque deflectante del sistema móvil, que es compensado por resortes espirales que también son empleados para llevar la corriente a la bobina móvil. En los instrumentos de imán permanente y bobina móvil, el imán evita el consumo de potencia externa para generar el campo; por lo tanto, resulta evidente que el movimiento electro dinamométrico requiere de un consumo de potencia más elevado para su operación. Además, la densidad de flujo generada por la bobina fija es mucho menor que la densidad obtenible con imanes permanentes, por lo que la sensibilidad del instrumento es menor, característica que obliga a emplear un sistema móvil liviano y apoyos con un nivel de roce muy pequeño. Sin embargo, el principio electro dinamométrico encuentra importantes aplicaciones como instrumento de transferencia en la calibración de voltímetros y amperímetros, y como vatímetros; tales usos se extienden desde corriente continua hasta algunos kilohertzios en ciertos diseños especiales.
Al igual que en el caso de los ohmímetros, la escala de este instrumento no es lineal. Una de las características que lo hace importante dentro del campo de las mediciones es su capacidad para funcionar en sistemas tanto en corriente continua como alterna. Vatímetro
El vatímetro es un instrumento capaz de medir la potencia promedio consumida en un circuito. Para la medición del la potencia se emplean medidores electro-dinamométricos. La bobina fija del elemento se conecta en serie con el circuito y la móvil en paralelo. Haciendo una efectiva calibración de la escala, la deflexión de la aguja es una imagen de la tasa de suministro de energía eléctrica (Potencia) de un circuito eléctrico determinado. La figura 7 ilustra el conexionado de un vatímetro que mide la potencia consumida por la resistencia R. La bobina BC mide la corriente y la bobina BP la tensión.
Debe tenerse especial cuidado en el momento de la conexión con la polaridad instantánea de las bobinas del vatímetro. La potencia será una imagen de la interacción de las fuerzas magnéticas generadas en cada una de las bobinas.
Otros elementos de medición importantes. Termopar
Los termopares están formados por la unión de dos metales distintos, los cuales se encuentran soldados por uno de sus extremos dejándolos separados en el otro. El voltaje que aparece en los extremos de la unión, conocido como voltaje Seebeck aumenta con la temperatura. La medición de temperatura es relativa, ya que depende de la unión de la temperatura referencia. De acuerdo al tipo de metales que forman el termopar, se clasifican en: B, C, E, J, K, L, N, R, S, T, U.
Valor real RMS (TrueRMS)
El valor RMS (Root Mean Square) o valor eficaz de una señal periódica desde el punto de vista matemático viene representado por la raíz cuadrada de la integral durante un periodo del cuadrado de la señal misma partida por el valor del periodo.
Para una señal senoidal pura, si se desarrolla la integral se llega a que el valor RMS será:
Al deformarse la señal, y dejar de poseer características senoidales puras el valor RMS de la señal cambia, por lo que se produce un error notable entre la señal medida y el valor leído. Conceptualmente, el valor RMS de una señal es el valor que produce la misma disipación de calor que una corriente continua de la misma magnitud aplicada al
elemento disipador. Este principio térmico es empleado para la construcción de medidores que registren el valor real RMS (TrueRMS). Sondas de Efecto Hall
El efecto Hall consiste en la aparición de un campo eléctrico en un conductor cuando es atravesado por un campo magnético. A este campo eléctrico se le llama campo Hall. En la actualidad se emplean sensores que utilizan este efecto para medir corrientes con frecuencias elevadas o componentes DC sin tener contacto físico en el circuito (símil a las pinzas de alternas). Los electrones que se mueven en un conductor a través de las líneas de fuerza de un campo magnético se desvían en el sentido perpendicular a la dirección de la corriente y del campo magnético. Por lo tanto los electrones excederán en A1 y faltarán en A2; esto significa que existe una tensión Hall entre A1 y A2. En sus primeras experimentaciones Hall encontró que si se aplica un campo magnético elevado a una fina lámina de oro por la que circula corriente, se produce un voltaje en la lámina transversalmente a como fluye la corriente, este voltaje se llama voltaje Hall. El esquema de la figura inferior sirve para ilustrar el efecto.
El efecto Hall ocurre en conductores y semiconductores, en los conductores el voltaje generado es demasiado pequeño para tener aplicaciones prácticas, pero en algunos semiconductores el valor de este voltaje es mucho más grande y puede ser utilizado para tal fin.
http://electronicaypotencia.com/subidas/Segunda%20clase.pdf Fuentes: http://books.google.co.ve/books?id=6l94KmB7kkC&pg=PA75&dq=Mediciones+electricas&hl=es&ei=OUzITNH1JYGBlAfugan2Ag&sa=X&oi=boo k_result&ct=result&resnum=1&ved=0CCsQ6AEwAA#v=onepage&q&f=false http://www.sabelotodo.org/aparatos/medircorriente.html http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galvanometer_scheme.png http://cuadernotecnologiapaulino.blogspot.com/2008/01/ohmmetro.html http://books.google.co.ve/books?id=e1Ssn_QSVkcC&pg=PA208&dq=Ohm%C3%ADmetro&hl=e s&ei=7M3JTJmnBInmsQPp6u2BDg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=6&ved=0CD0Q6 AEwBQ#v=onepage&q=Ohm%C3%ADmetro&f=false http://www.electronica2000.net/curso_elec/leccion84.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Vat%C3%ADmetro http://www.unicrom.com/Tut_rms_promedio.asp http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/efectohall.html http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_magnetico/ampere/ampere.htm http://roble.pntic.mec.es/~jsaa0039/cucabot/felectromagnetica-intro.html http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_01/tipos/index.html http://www.circuitstoday.com/rms-reading-voltmeter http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/termocuplas.htm http://www.unet.edu.ve/~ielectro/Sensores%20de%20Temperatura.htm#temperatura
GALVANÓMETRO
Hilos de entrada de corriente a medir Resorte de retroceso
Galvanómetro. Un galvanómetro es un instrumento que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico 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. Tipos de galvanómetros Según el mecanismo interno, los galvanómetros pueden ser de imán móvil o de cuadro móvil.
Imán Móvil En un galvanómetro de imán móvil la aguja indicadora está asociada a un imán que se encuentra situado en el interior de una bobina por la que circula la corriente que tratamos de medir y que crea un campo magnético que, dependiendo del sentido de la misma, produce una atracción o repulsión del imán proporcional a la intensidad de dicha corriente. Cuadro Móvil En el galvanómetro de cuadro móvil ó 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 se 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.
El multímetro analógico utiliza un galvanómetro. 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 fino arrollado a un cilindro solidario con la aguja indicadora. Lógicamente el mayor o menor alargamiento es proporcional a la intensidad de la corriente. También existen galvanómetros que a su entrada tienen un termopar y también funcionan bajo efecto joule.
Galvanómetro Un galvanómetro es un aparato que se emplea para indicar el paso de pequeñas corrientes eléctricas por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Como veremos su funcionamiento se basa en fenómenos magnéticos. El galvanómetro consta de una aguja indicadora, unida mediante un resorte espiral, al eje de rotación de una bobina rectangular plana, que está suspendida entre los polos opuestos de un imán permanente. En el interior de la bobina se coloca un núcleo de hierro dulce, con el fin de concentrar en ella las líneas de inducción magnética.
Al estar la bobina sumergida en el interior de un campo magnético uniforme, creado por el imán fijo, cuando circula corriente por ella, se produce un par de fuerzas sobre la bobina que hace que rote, arrastrando consigo a la aguja unida a su eje. La aguja se mueve e indica en una escala, la intensidad de corriente que atraviesa la bobina. El resorte espiral permite que la aguja vuelva a su posición original, una vez que se interrumpe el paso de la corriente.
Veamos cómo se produce el par de fuerzas.
Podemos dividir cada espira rectangular de la bobina en cuatro partes, de forma que de acuerdo con la ley de Biot y Savart, la acción del campo magnético uniforme sobre la espira será:
Luego la fuerza neta sobre la espira es cero. Observa que la fuerza sobre los elementos 2 y 4 de la espira es cero, puesto que el elemento de corriente tiene la misma dirección que el campo magnético.
La fuerza sobre el elemento 1 de la espira es igual y de signo contrario a la fuerza sobre el elemento 3, por eso la fuerza neta sobre la espira es cero.
¿Habrá entonces momento neto sobre cada espira?
Para cualquier posición de la espira:
El momento neto sobre toda la bobina será:
Cómo puedes comprobar el momento total sobre la bobina es proporcional a la intensidad que atraviesa la espira.
