EXPERIENCIA N°1 USO DE INSTRUMENTOS DE MEDICION
I.
OBJETIVOS:
II.
EQUIPOS Y MATERIALES:
III.
Entrenar al alumno en el manejo adecuado del multímetro y el osciloscopio, así como el conocimiento de sus especificaciones técnicas.
Osciloscopio Multímetro digital Generador de señales Fuente de poder DC Punta de prueba del osciloscopio Resistores de 0.22K Ω, 1kΩ, 33kΩ y 1MΩ
INFORME PREVIO: 1. Analizar información información acerca de los instrumentos a utilizar.
OSCILOSCOPIO: El osciloscopio es un instrumento capaz c apaz de seguir las variaciones eléctricas debidas a señales eléctricas periódicas o repetitivas. Cuando se envía a la placa de deflexión horizontal un diente de sierra de valor medio nulo y de amplitud conveniente, el cañón se moverá de forma periódica y constante sobre el eje horizontal (eje de tiempos); después se aplica una señal variable en la placa de deflexión vertical; del conjunto de ambas señales se obtiene una pantalla fluorescente (debida al fósforo) como representación gráfica de la señal. El osciloscopio presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente n ormalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. En osciloscopios análogos o de fosforo digital se suele incluir otra entrada o control, llamado "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza dependiendo de su frecuencia de repetición o velocidad de transición en tiempo. En un osciloscopio existen, básicamente, tres tr es tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se pueden ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir. El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando el voltaje de entrada (en Volts, milivolts, microvolts, etc., dependiendo de la resolución del aparato).
El tercer control es el ajuste del disparo (o trigger en inglés), este control permite sincronizar la señales que se repiten de manera periódica usando como referencia una característica de la señal, se usan diversos tipos de disparo, siendo el más común el disparo por flanco de subida o bajada de la señal, para lo cual se define el voltaje de disparo y si el flanco es de subida o de bajada. Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de esta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia o periodo.
MULTIMETRO DIGITAL: El multímetro digital es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos. Consta de un dispositivo amplificador, de forma que la energía que alimenta a la parte del aparato donde se realiza la medición no procede del circuito bajo medida, sino de la fuente de alimentación interna del multímetro. Con los multímetros se pueden realizar medidas tanto de corriente continua (DC) como de corriente alterna (AC). Es importante señalar que, en general, cuando los multímetros operan en corriente alterna (AC), los valores medidos de las tensiones e intensidades corresponden a valores eficaces mientras no exista alguna indicación contraria; asimismo, en general,
dichas medidas son sólo válidas para señales sinusoidales con un cierto límite de frecuencia especificado en el aparato. Es importante leer el instructivo del fabricante para asegurar el buen funcionamiento del instrumento y evitar accidentes en el operario.
GENERADOR DE SEÑALES : Es un dispositivo cuya función principal es la de producir señales periódicas o no periódicas con el fin de utilizar dichas señales para realizar pruebas, diseños o reparaciones en sistemas electrónicos. Este instrumento no debe confundirse con un osciloscopio. Un generador de señales es un instrumento que proporciona señales eléctricas. En concreto, se utiliza para obtener señales periódicas (la tensión varía periódicamente en el tiempo) controlando su periodo (tiempo en que se realiza una oscilación completa) y su amplitud (máximo valor que toma la tensión de la señal). Además han evolucionado tanto que algunos de estos generadores ahora permiten una conexión directa con una computadora lo cual añade muchas aplicaciones como por ejemplo la de registrar cada señal producida y la de programar el Generador para que
emita una amplia gama de señales en una secuencia específica, claro está que entre más funciones tenga uno de estos Generadores, más se elevara su costo. Un generador de señales es una herramienta muy eficaz si se utiliza correctamente, la función específica de un generador es crear un tipo de onda específica como pueden ser: ondas sinodales, triangulares, cuadradas y diente de sierra. Lo que caracteriza al generador es que se pueden configurar cada señal para que la frecuencia de las mismas varíe desde menos menos de un Hertz Hertz hasta varios KiloHertz. Otro pro de los Generadores de Señales es que se pueden utilizar diferentes salidas del generador para producir señal es distintas, por ejemplo si se necesita de una onda cuadrada para determinar la linealidad de un sistema de audio, esto se puede realizar y aparte se puede usar una salida diferente para o tro tipo de señal para probar otra parte del sistema.
FUENTE DE PODER DC: En general, una fuente de poder es una fuente de energía, esta energía puede ser de varios tipos, energía térmica, atómica, eléctrica, Etc. En el medio de la electrónica, la mayoría de la gente llama fuente de poder a un circuito eléctrico que convierte la electricidad de un voltaje de corriente alterna (Vca o Vac en inglés) a un voltaje de corriente directa (Vcd o Vdc en inglés). El voltaje de corriente alterna o Vca es, por ejemplo, el que obtenemos de la toma de corriente de nuestras casas, el voltaje y la corriente es alterna ya que su polaridad varia con una frecuencia especifica. Por ejemplo el voltaje nominal de Perú es 220 volts a 60 Hz. En cambio el voltaje directo tiene una polaridad fija sin variación de frecuencia. Este voltaje es el que usa la gran mayoría de los circuitos c ircuitos electrónicos, ejemplo de este voltaje es el que se encuentra en las pilas alcalinas o las del tipo recargable que encontramos por ejemplo en el teléfono móvil. La mayoría de los circuitos c ircuitos electrónicos usa voltaje directo, pero siempre tienen un ti po de fuente de poder que transforma el Vca a Vcd, la fuente puede ser externa o interna. Un cargador de baterías se considera una fuente de poder, por que transforma el Vca a Vcd para cargar la batería recargable.
Las personas que diseñan tarjetas electrónicas, los estudiantes de ingenieria y los investigadores suelen usar fuentes de poder para alimentar sus circuitos o experimentos. Estas fuentes usualmente son de salida variable, se puede variar el nivel de voltaje y corriente de manera manual con perillas independientes. Este tipo de fuentes generalmente tiene indicadores de voltaje y corriente. El voltaje se varia para que los circuitos funcionen correctamente, la corriente que se suple se limita para evitar daños en los componentes en caso de que el ensamble bajo prueba este mal ensamblado o diseñado. Las salidas de una fuente de poder normalmente están flotadas. Esto para poder referenciar el voltaje al negativo del circuito, que podría ser diferente a la tierra física de la instalación eléctrica. Otra razón por la que las salidas de las fuentes son flotadas es para poder invertir la polaridad, o para conectarlas de manera serial o de paralela para doblar la capacidad de voltaje en el primer caso o la capacidad de corriente en el segundo caso. Las fuentes de laboratorio para probar prototipos son de baja potencia, con rango de 80 a 300 watts, con una a cuatro salidas individuales para mayor flexibilidad. Las fuentes de poder de laboratorio también suelen tener terminales de sensado, en inglés denominadas sense, una terminal positiva y otra negativa, estas terminales se usan para compensar la caída de voltaje que se presenta en los cables que van de la fuente de poder al ensamble bajo prueba.
2. Definir y presentar los esquemas eléctricos de los siguientes instrumentos:
Amperímetro: es un instrumento de medida constituido por una bobina o hierro móvil que trabaja bajo un campo magnético. Según su constitución está diseñado sobre un fondo de escala escal a graduada, para medir corrientes en continua o alterna. Principio de funcionamiento del sistema de bobina móvil constituido por: -Iman -Espira de hilo -aguja indixadora -escala calibrada -resorte
Principio de funcionamiento funcionamiento del sistema de de hierro móvil constituido por: -Bobina de hilo esmaltado -Hierro fijo -Hiero móvil -Resorte -Aguja indicadora -Escala calibrada
Internamente el circuito del amperímetro consta de varias resistencias colocadas en paralelo con el instrumento, denominadas shunt, de diferentes valores que se conectan a través de un conmutador, que selecciona la escala más adecuada para su medida.
Voltímetro: la constitución del voltímetro es similar al amperímetro de bobina o hierro móvil. Internamente el circuito del voltímetro consta de varias resistencias de diferentes valores que se encuentran en serie con el instrumento y a través de un conmutador, c onmutador, que selecciona la escala más adecuada para su medida.
Ohmímetro: En un óhmetro, la conmutación de un alcance a otro se basa comúnmente en el cambio simultaneo del resistor shunt (Rsh) (Rsh) y del resistor serie (Rs). Por ejemplo, en le figura se usa una pila de 1,5 volts para los primeros cuatro alcances y una batería de 15 volts para el quinto. En consecuencia, el resistor serie Rs1 que se emplea con la batería de bajo voltaje, debe aumentarse de valor agregándole el resistor de serie Rs2 cuando la batería de mayor voltaje es la que alimenta al circuito. En los primeros tres alcances los resistores en paralelo Rsh1, Rsh2 y Rsh3
respectivamente, se conectan en el circuito y para los lo s dos últimos alcances se hacen de valor infinito
3. Explicar los conceptos
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La Precisión en un instrumento de medición se refiere simplemente a la
diferencia de varias medidas realizadas bajo las mismas condicionas contra un valor preestablecido. Para comprender esto digamos que tenemos un Voltimetro y una fuente de poder fija a 5 V, esta fuente a sido desarrollada para tener ese voltaje de salida para comprobar la precisión de los instrumentos, osea estos 5 Volts son nuestro valor predeterminado, ahora tomamos nuestro Voltimetro y medimos la salida de nuestra fuente, imaginemos que realizamos esta prueba 10 veces bajo las mismas condiciones (al hablar de las mismas condiciones nos referimos a cualquier fuerza o magnitud física que pueda cambiar la medición como por ejemplo la temperatura, la humedad, etc. Retomando lo anterior supongamos que tuvimos los siguientes valores en las 10 mediciones: 5, 4.9, 5, 4.8, 5, 4.9, 5, 4.8, 5, 5 como podemos observar en 6 de las 10 pruebas el valor fue de 5 Volts lo cual indica que el instrumento es preciso, una cosa importante es que si 4.9 fuera el valor que más se repite entonces el instrumento también sería preciso aun que ya no sería exacto, esto es debido a que la precisión te indica cuantas veces se repite una medición bajo las mismas condiciones
comparado con un valor predeterminado, entre menor sea la diferencia entre los valores repetidos y el valor predeterminado se puede decir que el instrumento es preciso. La forma de determinar esto es muy sencilla, generalmente a la hora de comprar un instrumento de medición este trae un instructivo o manual el cual indica cual es el porcentaje de error, o sea que si el valor es de 5 volts y el porcentaje de error es del 2% estaríamos hablando de un error de 0.1 V lo cual llevaría a medir 4.9 Volts lo cual indica que es preciso y exacto. -
Exactitud en cuanto a instrumentos relacionados con mediciones eléctricas
se refiere a que tan cercana es la medición del instrumento comparada con el valor real proporcionado proporcionado por los laboratorios encargados encargados de crear dicho instrumento, para comprender esto debemos enfatizar el concepto de “calibración”, esta palabra contiene mucha definiciones pero sin
embargo su función principal es (a falta de una mejor palabra) la afinación del instrumento para que este contenga el menor margen de error, si queremos entender esto con un ejemplo más práctico y cotidiano simplemente debemos remontarnos a unos años atrás donde los relojes poseían manecillas y complejos sistemas de engranajes (aun los hay pero seamos sinceros ya todos ven la hora en un celular) estos relojes debían ser calibrados con el tiempo ya que a lo largo de un año dependiendo de los materiales con los que estuviera hecho sin duda se atrasaría en el mejor de los casos unos segundos o en el peor incluso minutos. La acción de calibrar el reloj era que la hora del día mostrada en el mismo fuera proporcional a los relojes maestros creados por ingenieros para medir el tiempo con exactitud (pero nos salimos del tema). Al ajustar el reloj se hacía menor el error en cuanto al tiempo, pues esto mismo se aplica en los instrumentos de medición, si tomamos como ejemplo un Voltimetro este puede dejar de ser exacto con el paso del tiempo, si al principio lo probamos con un valor real de 5V y después de un año lo probamos de nuevo y nos da 4.7 V implica que este tiene un margen de error de 0.3 V lo cual indica que ya no es exacto, la función de la calibración es reducir ese error a su mínima expresión posible asiendo que ese 0.3 se convierta en 0.0003 V, siempre existirá un margen de error esa es una ley que quizá no se enseña muy a menudo pero para el diseño de circuitos es un factor a tomar en cuenta. -
Sensibilidad se refiere a la respuesta que el instrumento de medición tenga
para medir una variable y que tan rápida sea este para estabilizar su medida. Por ejemplo supongamos que tenemos un Voltimetro y queremos medir una salida predefinida de 9 volts, al conectar el Voltimetro podemos notar (dependiendo si es digital o analógico) que el valor llega a la medición correcta en cuestión de segundos, se dice que estos instrumentos tienen una sensibilidad correcta y estable, sin embargo existen medidores con la capacidad de responder con precisión y exactitud en mili segundos lo cual los provee también de la propiedad de sensibilidad.
4. Mostrar el diagrama de bloques y explicar las características más importantes importantes de un osciloscopio
Un osciloscopio puede ser utilizado para estudiar propiedades físicas que no generan señales eléctricas, por ejemplo las propiedades mecánicas. Para poder representar en pantalla del osciloscopio dichas propiedades, en necesario utilizar transductores que convierta la señal que le llega, en este caso la mecánica, en impulsos eléctricos. Un osciloscopio es un aparato que basa su funcionamiento en la alta sensibilidad que tiene a la tensión, por lo que se pondría entender como un voltímetro de alta impedancia. Es capaz de analizar con mucha presión cualquier fenómeno que podamos transformar mediante un transductor en tensión eléctrica. -
Con el osciloscopio se pueden hacer varias cosas, como:
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Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.
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Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
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Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
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Localizar averías en un circuito.
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Medir la fase entre dos señales.
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Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.
IV.
Bibliografía
https://www.finaltest.com.mx/product-p/art-9.htm https://www.cosmos.com.mx/wiki/osciloscopio-g4sy.html http://www.circuitoselectronicos.org/2007/11/el-multmetro-digitaltester-digital-o_10.html http://www.ehu.eus/rperez/TE1/docu/multimetros.pdf https://ingenieriaelectronica.org/funcionamiento-y-operacion-de-losgeneradores-de-senales/ http://departamento.us.es/deupfis1/FEE/practicas/Osciloscopio_des.pdf https://www.finaltest.com.mx/product-p/art-6.htm https://es.slideshare.net/Jomicast/instrumentos-de-medida-13108063 http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas33.htm https://ingenieriaelectronica.org/precision-exactitud-y-sensibilidadmediciones-electricas/ https://www.electronicafacil.net/tutoriales/CARACTERISTICASOSCILOSCOPIO-GENERADOR-FUNCIONES.php
