P. P. P. P. Ingeniería Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica Eléctrica y Mecatrónica
UNIVERSIDAD CA CATÓLICA DE SANTA SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES P.P. .P. IN GENIE RIA MECA NICA, MECANICA ELECTRI CA Y MECATRONIC A
SESION 4: DISEÑO, AMPLIACIÓN Y CONSTRUCCIÓN CONSTRUCCIÓN DE UN AMPERÍMETRO DE DC Convertir un mecanismo mecanismo de medición en un medidor de corriente de I.-OBJETIVO: Convertir diferentes rangos. Diseñar y comprobar experimentamente e vaor de os shunts necesarios para construir e miiamper!metro de diferentes acances. Conocer e procedimiento a seguir para a ampiación de rango de un amper!metro.
II.- MARCO TEÓRICO:. "n amper! amper!me metro tro es un instrume instrumento nto de medición medición #ue ind indica ica a magnit magnitud ud de a corriente e$ctrica% por medio de a desviación de a agu&a. ' amper!metro directo es a#ue por a #ue circua toda a corriente e$ctrica a trav$s de sistema móvi (mecanismo de medición). or raones #ue se expican a continuación% e acance de este tipo de instrumento no puede ser grande% ya #ue a densidad de a corriente e$ctrica #ue circua por os o s resortes antagonistas #ue sirven a a ve para conducir a corriente hacia e sistema móvi% es de poco vaor. or estas raones a m*xima intensidad de corriente admisibe para este tipo de amper!metro no sobrepasa os +., -mperios. a m!nima corriente #ue defecta toda a escaa es de + u-. ara medir corrientes mayores #ue admite e sistema móvi% se conectan en paraeo resistencias de vaor conocido% amados shunts% ta como se muestra:
Donde: 0n : corriente m*xima #ue se desea medir en uno de os acances. i : corriente m*xima #ue circua por e sistema móvi 1sn :1esistencia shunts para un rango determinado r : resistencia interna de sistema s istema móvi para determinar a resistencia shunts de os diferentes acances% se empea a siguiente formua:
Donde :
n = I n / i se e ama reación de shunt de instrumento
De acuerd acuerdo o con a expres expresión ión ha haad ada a anteri anteriorm orment ente e a resist resistenc encia ia shunts shunts es inversamente proporciona a (n2). Como por otra parte a ampiación de campo Guía de Medidas Eléctricas – Ing.
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de medida es grande (por o tanto n es grande)% resuta #ue a resistencia shunt ha de ser muy pe#ueña.
Guía de Medidas Eléctricas – Ing.
Debido a errores de temperatura #ue se pudieran presentar se e conecta una resistencia adiciona 1ad en serie% de manganina a a bobina de instrumento
Ri = r Rad
Donde
a resistencia adiciona se eige de forma #ue se obtenga un miivotimetro para vaores fi&os m*ximos de medida4 por e&empo: 5+% 6,% 7+% ++% 8+% ,+% 5++ m9.
Ejemp!: ' acance de medida de un amper!metro construido para ,+ m9% cuya resistencia interior vae:
Ri = r Rad = !
e ha de ampiar para medir hasta 7+ -. ;Cu* es a resistencia shunts o en derivación #ue se necesita< = >aamos ?n@: A In/i
i =".#$ / ! = "."%$ & n = '" / "."%$ = ("" 8= >aamos 1sh
Rsn = 2 / (800-1) = 0.0025
os shunts pueden estar incuidos directamente en e aparato de medida o en otros casos% se conectan a dicho aparato mediante conductores de conexión. os shunts no soo se caibran por a intensidad de corriente #ue pueden absorber% sino por a ca!da de tensión #ue producen4 de esta forma pueden utiiarse todos os shunts y aparatos de medida #ue producan igua ca!da de tensión. Beneramente% os shunts #ue se utiian con aparatos port*ties o de aboratorio% est*n previstos para una ca!da de tensión en e shunt de 7+ m9. 'n os aparatos de medidas industriaes y de cuadro se han normaiado as siguientes ca!das de tensión: 5+% 6,% 7+% ++% 8+% ,+% 5++ m9. e construyen shunts para acances de medida comprendidos entre - y ++++ -. egn su exactitud% os shunts se casifican en cinco cases: +.+,4 +.4 +.84 +., y .+. 'n o #ue se refiere a su disposición constructiva% se puede indicar o siguiente (se acostumbran a fabricarse de manganina): - ara pe#ueñas corrientes (hasta 8+ -): aambres o cintas tensadas - ara corrientes medias (hasta 8++-): una o dos cintas o chapas tensadas. - ara corrientes eevadas (hasta +++ -): dos o mas chapas paraeas o aambres de , a E mm de di*metro. - ara corrientes muy eevadas (hasta ++++ -): tres o m*s chapas paraeas.
-un#ue as resistencias en derivación o shunts pueden apicarse indistintamente a medidas en corriente continua y en corriente aterna% en a pr*ctica se empean casi excusivamente para medidas en corriente continua. ara as medidas en corriente aterna de corrientes grandes se utiian os transformadores de medida. os shunts se empean sobretodo para a ampiación de campo de medida de os amper!metros% es decir% para a medición de intensidades de corriente. Faturamente% tambi$n se utiian en a#ueos aparatos y dispositivos de medida provistos de circuitos amperim$tricos (vat!metros% medidores de energ!a% etc).
III.-ELEMENTOS A UTILI"AR: • • • •
• • •
"n Giiamper!metro de corriente continua de+m"n mut!metro digita% "n -mper!metro digita patrón de corriente continua. 1esistencias de diferentes vaores% de acuerdo a diseño de instrumento +++Hhmios% 66 ohmios% + ohmios Cabes de conexión. "n variac monofasico "na fuente rectificadora
IV.-PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: a) e utiiara e miiamper!metro de + m- (como gavanómetro d e instrumento) como pantaa de instrumento. b) e cacuar* a resistencia shunts para os rangos de y 5 -% con una vaor de a resistencia adiciona de Iohmio. c) "na ve determinadas as resistencias de diferentes vaores se proceder* a instaaras segn e siguiente circuito. a resistencia de carga 1% se caibrara a su mayor vaor (66ohmios).
d) 9ariar a fuente de tensión para +6 vaores diferentes en cada rango% anotar a corriente #ue indica e amper!metro patron ( I)atr*n)( amper!metro digita) y a corriente de miiamper!metro (i) hasta conseguir su m*xima escaa. e) uego se utiiara e mut!metro para reaiar medidas comparativas y de esta manera parametrar a escaa de nuevo instrumento.
Rango de 1 A
Rango de 3 A
Rs =9.94 n =#""
Rs=3.29 n =+""
V E.55 /7.K 86.K 55 6/.8 ,6.J
I patro +./,+.5++.66+.,J+.K6+.JE-
i
/., m5 m6., m7 mK., m/+m-
I =
+./,+.5++.6,+.7++.K,/-
V 8+.5J 6+.,/ 78./E E6., /+,.6 /68.8
I patro +.6/+.E8/.87/.788./,8.J+-
I =
i
/., m5 m6., m7 mK., m/+m-
+.6,+.J+/.5,/.E+8.8,5-
V.-CUESTIONARIO: #. $%&' e( &) m**+mpeme!/
"n amper!metro es un instrumento 0&e se utiia para medir a intensidad de corriente 0&e est* circuando por un circuito e$ctrico. "n microamper!metro est* caibrado en mion$simas de amperio y un m**+mpe,-me,! en mi$simas de amperio. 1. A2j&)e !( 33&!( 2e !( 2*(e5!( 2e m**+mpeme!, p++ !(
+)6!( e+*7+2!(. ara e primero: R sh =
ImRm
( I −ℑ)
Rm=5 ohm
ℑ=10 mA I =1 A 1eempaando vaores nos sae #ue 1sh es Rsh=9.94 ohm
ara e egundo: R sh =
ImRm
( I −ℑ)
Rm=5 ohm ℑ=10 mA I =3 A
1eempaando vaores nos sae #ue 1sh es Rsh=3.29 ohm
8. $C& e( + 9&)3*) 2e + e(*(e)3*+ S;&)/
a resistencia hunt ampia a escaa de medición. 'sta es conectada en paraeo a amper!metro y ahorra e esfuero de tener otros amper!metros de menor rango de medición a os #ue se van a medir reamente. 4. $%&' pe3+&3*!)e( 2e
e tiene #ue verificar #ue a cantidad de vota&e no sea muy ata con reacion a a escaa utiiada en e amperimetro sino podria ocurrir #ue este fae debido #ue tienen resistencias internas mu ba&as
=. $%&' p+(++ (* )! (e e+*7++ &)+ <&e)+ 3!)e>*) 3!) + e(*(e)3*+
(;&)(, 3&+)2! (e e(+ e9e3&+)2! + me2*3*) 2e 3!*e)e/ 'sta medicion marcaria como una amperimetro norma y e paso de a corriente seria norma segun a escaa indicada no habria ningun increment en a escaa y este podria faar a atas cantidades d e vota&e
?. Dem!(+ + 9m&+ p++ e)3!)+ e @+! 2e + Re(*(e)3*+ 2e (;&).
( I −ℑ ) Rsh = ImRm Rsh=
ImRm
( I −ℑ)
. C!mp++ +( e3&+( 2e + 3!*e)e p+) + 3!*e)e me2*2+ 3!)
e (;&). ++)2! e e! +<(!&!, e+*@! p!3e)&+. E>p*0&e( +( 2*9ee)3*+(. V
E.55 /7.K8 86.K, 55 6/.8
I patron
+./, +.5 +.66 +.,J +.K6
i
/., m5 m6., m7 mK., m-
I=ni
+./, +.5 +.6, +.7 +.K,
'11H1 '11H1 -LH"MH 1'-M09H 0
0
0
0
0.01 2.222222
0.01 1.666666
0.01 1.333333
,6.J
V
+.JE /+m-
I patron
i
8+.5J
+.6/ /., m-
6+.,/
+.E8 5 m-
78./E
/.87 6., m-
E6.,
/
I=ni
/.78 7 m-
/+,.6
8./, K., m-
/68.8
8.J /+m-
D. $%&' 3++3e(*3+( e'3*3+( 2e
0.02
2
'11H1 '11H1 -LH"MH 1'-M09H
+.6, +.J
8.888888 0.04
89 8.888888
0.08
89 6.666666
/.5,
0.09
67
/.E
0.18
10
8.8, 5
4.444444 0.1
44 3.333333
0.1
33
e&)* +( e(*(e)3*+(
S;&)( Ampe*m'*3!( 0&e m+e*+e( (e &(+) e) (& 9+<*3+3*)/ E>p*0&e. a caracteriación e$ctrica de un materia superconductor no puede reaiarse usando un amper!metro% ya #ue a resistencia interna de $ste siempre ser* mayor #ue a de superconductor (nua por definición) y por o tanto actuar!a como eemento imitante de a corriente #ue puede circuar a un determinado nive de vota&e. Como a resistencia interna de amper!metro es muy ba&a% esta corriente normamente superar!a su !mite m*ximo. er!a como conectaro en cortocircuito. . P!2+ me2*(e *)e)(*2+2e( 2e 3!*e)e 2e !2e) 2e !( F*!+mpe*!(
&**7+)2! e(*(e)3*+( (;&)( +mpe*m'*3!(/ E>p*0&e i utiiando resistencias shunt atas y con as escaas mas atas de os amperimetros estas resistencias si se podrian medir
#G. $C& e( + p*)3*p+ +p*3+3*) 0&e (e e( 2+ + +( e(*(e)3*+( (;&)(/ De ampiacion de escaa en cua#uiera tanto sea amperimetro o votimetro pueden ser conectadas en serie o en paraeo
VI.-OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: OBSERVACIONES:
/. ara a medicion de a 1esistencia interna en un e#uipo este debe estar desconectado de circuito. 8. Cuando se mide aparatos de medición digitaes se pude observer #ue as resistencias internas son menos considerabe con a de os anaogicos no tienen mucha variacion o #ue no brinda una optima medicion 5. a 1esistencia de shunt es eevada . 6. as resistencias internas son muy ba&as en reacion con a 1esistencia de shunt. ,. 's evidente notar #ue entre mayor sea a tensión en a medir en un amper!metro mayor ser* mayor en reacion a increment de escaa.
CONCLUSIONES: /. 'n e -mperimetro su 1esistencia interna es muy ba&a pore so se utiia a 1esistencia de shunt. 8. os errores absoutos y reativos en a medicion son considerabe segun a escaa #ue se use. 5. a 1esistencia de shunt ayuda a eevar considerabemente a escaa. 6. 'n un amperimetro su 1esistencia interna es muy pe#ueña para faciitar e paso de a corriente a trav$s de amper!metro ,.
"n mutimetro es capa de medir corriente y tención independiente una de a otra siempre y cuando a incuiro a un circuito sea de a forma correcta
VII.-BIBLIOHRAÍA. Me2*2+( e'3,*3+( ee3,)*3+(. -ut.: N. Mur!n. 'd.: araninfo &)2+me)!( 2e Ee3,*3*2+2. -ut.: Giton Bussow. 'd.: Gc Braw >i
Gedidas y 'rrorres de medicion (teor!a de case) Gediciones y pruebas e$ctricas y eectrónicas -utor: Oiiam Loton