Laboratorio de Dispositivos Electrónicos
I. TEMA: INSTRUMENTACIÓN DE CORRIENTE CONTINUA II. OBJETIVOS: a) Conocer Conocer el error error que por efecto efecto de carga carga produce produce un Vo Voltímetro. ltímetro. b) Conocer el error que por efecto de carga produce un Amperímetro. Amperímetro. c) Determinar Determinar los los errores errores que se produce producen n por la conexión conexión de instrum instrumentos entos en un circui circuito. to.
III. INTRODUCCIÓN TEORICA: VOLTIMETRO
Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Su mecanismo se halla basado en el principio del galvanómetro. Una bobina de inducción muy sensible, que puede ser única para las corrientes continuas, o dobles para las alternas, genera el paso de la corriente un campo magnético inductivo, cuyas atracciones o repulsiones son captados por una agua que oscila sobre un cuadrante graduado en el que pueden leerse f!cilmente las diferencias de potencial respectivas.
SENSIBILIDAD EN EL VOLTIMETRO:
"a sensibilidad de un voltímetro se e#presa de acuerdo con el número de ohmios por voltio, es decir, la resistencia del instrumento. $ientras mayor sea este número, menor efecto de carga tendr! el instrumento sobre la medición. %ara que un voltímetro sea preciso, debe tomar una corriente insignificante del circuito y esto se obtiene mediante alta resistencia.
Laboratorio de Dispositivos Electrónicos AMPERIMETRO
&s 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. Su funcionamiento est! basado en uno de los principios fundamentales del electromagnetismo que en su forma m!s simple nos indica que cualquier corriente eléctrica pasa por un hilo conductor produce un campo magnético alrededor del mismo 'similar al campo magnético de un im!n(,cuya fuerza depende de la intensidad de la corriente que circule.
SENSIBILIDAD EN EL AMPERIMETRO:
"a sensibilidad se indica por el número de amperios, miliamperios o microamperios que debe de fluir por la bobina para producir la desviación completa. Si un instrumento tiene una sensibilidad de ) m*, es necesario ) m* para producir la desviación completa.
IV. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR: a) Fuente de corriente continua de voltaje ajustable
c) iliamperímetro analógico de C.C
b) Voltímetro analógico de C.C
Laboratorio de Dispositivos Electrónicos
d) icroamperímetro analógico de C.C
g) Cables de conectores cocodrilo banano
e) !esistores fijos
f) ultímetro digital
V. PROCEDIMIENTO 1. Llenar la Tabla 1 !n l!" #al!re" $e l!" re"%"&!re" a '"ar. "abla #$ Valores de los resistores fijos utili%ados
Re"%"&!r Te/r%! Pr0&%!
(()
1*+ )
,-+ )
1 )
*.1 )
1+ )
*1 )
1++ )
&& ' && '
#( ' #-.& '
*+ ' */ '
#, ' +- '
(.#, ' (.#, '
#, ' +./, '
(#, ' (.0, '
#, ' +/.0, '
(. De&er%na%/n $el err!r 2'e 3!r e4e&! $e ar5a 3r!$'e 'n #!l&6e&r!. a) Armar el siguiente circuito$
R1=5.1KΩ R2=10KΩ 12V
V2
Figura 1.
b7 Determinar teóricamente el voltaje que debería medir el voltímetro sin efecto de carga. !espuesta$ 1tili%amos la le2 de 34m5 para 4allar la corriente del circuito 2 posteriormente el voltaje que debería medir el voltímetro.
Para hallarla corrienteI : I =
12 V = =0.7947 mA R 5.1 K +10 K
Calculamose l voltaje en R 2 V 2 = I ( R 2 )=( 0.7947 mA ) ( 10 KΩ )=7.94 V
∴ V 2 =7.94 V
c) Conectar el voltímetro seg6n se muestra en la figura. 7eleccionar la escala m8s apropiada para poder leer el voltaje medido con la ma2or claridad posible. Anotar este valor.
Valor medido por el voltímetro$ 0./-V
d) Cambiar de escala en el voltímetro a un rango superior. Anotar el valor medido por el voltímetro. 9lenar la tabla &. "abla & con Voltímetro Analógico
V" 8#7
1+
,+
1++
,
V( 81+ )7
(./ V
0./- V
.( V
:::
V( 81++ )7
#.( V
*.( V
(.# V
.0& V
e) Cambiar los valores de las resistencias !# a (#, ' 2 !& a # , ' respectivamente. !epetir el procedimiento anterior 2 comparar los resultados obtenidos con la "abla &.
V" 8#7
1+
,+
1++
,
V( 81++ 9)7
#.( V
*.( V
(.# V
.0& V
f) Calcular el error debido al voltímetro conociendo la sensibilidad de este. Comparar estos valores calculados con los valores medidos g) edir los voltajes en los pasos anteriores 4aciendo uso tambi;n del multímetro como voltímetro. 9lenar la tabla *.
V"8#7
,+
,++
&e/r%!
V( 81+ 9)7
.0- v
.0 v
.+- v
V( 81++ 9)7
.0/ v
.( v
.+- v
,. De&er%na%/n $el err!r %n&r!$'%$! 3!r 'n a3er6e&r! en el %r'%&!. a7 Armar el siguiente circuito:
V @ #V ! @ # ' Figura &.
b) Determinar teóricamente la corriente que deber8 medir el amperímetro en su ausencia. Por la Ley de Ohm : I =
V 1 V = = 1 mA R 1 kΩ
c) Conectar el miliamperimetro seg6n se muestra en la figura &. 7eleccionar la escala mas apropiada para poder leer la intensidad de corriente medida con la ma2or claridad posible. Anotar este valor en la tabla - =cambiar ! a #(' para rangos ≥ #mA.) Valor de escala *mA d) Cambiar de escala en el miliamperimetro aun rango superior5 anotar el valor medido por el miliamperimetro5 llenando la "abla -. e) Cambiar el valor del voltaje de la fuente a 5& voltios.> cambiar ! a *+'. 7eleccionar la escala de intensidad de corriente m8s apropiada para poder leer la corriente medida con ma2or claridad posible. Anotar este valor. ? anotar este valor en la tabla -. =cambiar ! a &&'id) f) Cambiar de escala en el miliamperimetro aun rango superior5 anotar el valor medido por el miliamperimetro5 llenando la "abla -.
"abla -$ Con iliamperimetro Analogico
V fuente
I A ( mA )
1+
,+
1++
I8&e!r%!7
a
1.+V
I81*+)7
.mA
.mA
./mA
e
+.(V
I8(()7
.*mA
/.mA
/.&mA
0.00mA +.+mA
g) Ballar el error debido al miliamperimetro conociendo su sensibilidad 2 voltaje de operación5 comparar estos valores calculados con los valores medidos. 4) !epetir el paso * 4aciendo uso del icroamperimetro seg6n lo pedido en la tabla ( 2 llenarla> usando Vf@.*v. "abla ($ Con icroamperimetro analogico V fuente
e
A=A)
5*V
=#,E)
5&V
=*+E)
*
&-/ &(
# = µ A) = µ A)
*
#0 #0
= µ A) = µ A)
=teórico)
/.# 0(
= µ A)
*A
= µ A)
(#& A
i) Cambiar el valor de ! a (.#,'5 repetir el paso * usando el microamperimetro seg6n lo pedido emn la tabla 0 2 lenarla> usando Vf@.*v. "abla 0$ Con icroamperimetro analogico A=A)
V fuente
e
5*V
=(.#,E)
5&V
=(.#,E)
*
- &(
# = µ A) = µ A)
&0
* = µ A)
#./
= µ A)
=teórico)
:::
&.(
= µ A)
VI. DATOS OBTENIDOS "abla #$ Valores de los resistores fijos utili%ados
Re"%"&!r
(()
1*+ )
,-+ )
1 )
*.1 )
1+ )
*1 )
1++ )
Te/r%!
&& '
#( '
*+ '
#, '
(.#, '
#, '
(#, '
#, '
Pr0&%!
&& '
#-.& '
*/ '
+- '
(.#, '
+./, '
(.0, '
+/.0, '
"abla & con Voltímetro Analógico
V" 8#7
1+
,+
1++
,
V( 81+ )7
(./ V
0./- V
.( V
:::
V( 81++ )7
#.( V
*.( V
(.# V
.0& V
"abla *$ con ultímetro Digital
V"8#7
,+
,++
&e/r%!
V( 81+ 9)7
.0- v
.0 v
.+- v
V( 81++ 9)7
.0/ v
.( v
.+- v
"abla -$ Con iliamperimetro Analogico
V fuente
I A ( mA )
1+
,+
1++
I8&e!r%!7
a
1.+V
I81*+)7
.mA
.mA
./mA
e
+.(V
I8(()7
.*mA
/.mA
/.&mA
+.+mA
#
*
=teórico)
0.00mA
"abla ($ Con icroamperimetro analogico V fuente
e
A=A)
5*V
=#,E)
5&V
=*+E)
*
&-/ &(
= µ A) = µ A)
#0 #0
= µ A) = µ A)
/.# 0(
= µ A)
= µ A)
*A (#& A
"abla 0$ Con icroamperimetro analogico V fuente
e
A=A)
5*V
=(.#,E)
5&V
=(.#,E)
*
- &(
# = µ A) = µ A)
&0
* = µ A)
#./
= µ A)
=teórico)
:::
&.(
= µ A)
VII. CUESTIONARIO INAL: 1. ;C/! #ar6a el err!r %n&r!$'%$! 3!r el #!l&6e&r! en el %r'%&! $e la 4%5'ra1 'an$! "e #ar6a la e"ala $e #!l&a
RV
= V . R
&
R# R&
( R + R ) R + R + R V #
&
#
&
Ca"! a: 9a sensibilidad del voltímetro es 7@# 'V. ! # @ (.# ,' ! & @ # ,'
<7CA9A #v =V7)
9a resistencia interna total del voltímetro es$ !v @ 7 =Vs) @ #=#) @ #- ' eV @ &.#0
2
eVG @ .&(*G
<7CA9A *v =V7)
9a resistencia interna total del voltímetro es$ !v @ 7 =Vs) @ #=*) @ *.#- ' eV @ ./- 2
eVG @ .##&G
<7CA9A #v =V7)
9a resistencia interna total del voltímetro es$ !v @ 7 =Vs) @ #=#) @ #( ' eV@ .&(+
2
eVG @ .*&0G
Ca"! e: 9a sensibilidad del voltímetro es 7@# 'V. ! # @ (# ,' ! & @ # ,'
<7CA9A *v =V7)
9a resistencia interna total del voltímetro es$ !v @ 7 =Vs) @ #=*) @ * ' eV @ .&+ 2
eVG @ .+#*G
<7CA9A #v =V7)
9a resistencia interna total del voltímetro es$ !v @ 7 =Vs) @ #=#) @ #- ' eV @ 0.#*#(
2
eVG @ .#(G
<7CA9A *v =V7)
9a resistencia interna total del voltímetro es$ !v @ 7 =Vs) @ #=*) @ *.#- ' eV @ -.&/ 2
eVG @ .(&+(G
<7CA9A #v =V7)
9a resistencia interna total del voltímetro es$ !v @ 7 =Vs) @ #=#) @ #( ' eV @ &.0-
2
eVG @ .&(&
(. ;'0n$! "e 3re"en&a a>!r err!r 3!r la !ne%!n $el #!l&%e&r! al %r'%&! $e la 4%5'ra 1=. E?3l%2'e la" a'"a" $e ell!@ e?a%nan$! a > e !3ara&%#aen&e. Caso “a” $
se presentó menor error para la Ω
resistencia de # , a la escala de (./v con
un valor de la fuente de # voltio> 2a que cuanto m8s pequeHa sea el voltaje de deflexión de plena escala ser8 ma2or la sensibilidad del voltímetro. Caso “e” $
7e presentó ma2or error para la resistencia
Ω
de #, a la escala de (.#V en el voltímetro con un valor de la fuente de # voltios> debido a la resistencia utili%ada5 los cables que se usaron 2 el estado de los conectores.
,. !C/! #ar%a el err!r %n&r!$'%$! 3!r el a3er6e&r! en el %r'%&! $e la 4%5'ra ( 'an$! "e #ar%a la e"ala $e !rr%en&e= 8a"!" a > e 3!r "e3ara$!7.
"#uente
$a
%&'(&)
10
*0
100
1.0 " 0.2 "
a e
%' 150 ) %' 22 )
+ m* +.* m*
+ m* , m*
+., m* ,.2 m*
%'teóricos ) -.--+(& .00(&
&ntonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos+
e A
=
R A
=
V . R A R ( R
V I
+ R A
)
− R
Caso a:
"a sensibilidad del amperímetro es .) -Ω/. / 0 ) -Ω 0 )v. Escala de 10 mA +
"a resistencia interna total del amperímetro es+
|
R A =
1 −3
7 × 10
|
−150 =7.142
Ω
Entonces por #ór(ula para allar el error introducido por el a(per/(etro tene(os e A
=
V . R A
(
R R
+ R A
)
1 × 7.142
(
−4
150 × 150 + 7.142
=
)
=3.029 × 10
A
Escala de 30 mA:
"a resistencia interna total del amperímetro es+
|
R A =
1 −3
7 × 10
|
−150 =7.142
Ω
&ntonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos e A
=
V . R A
(
R R
+ R A
)
1 × 7.142
=
(
150 × 150 + 7.142
)
= 3.029
−4
× 10
A
Escala de 100 mA:
"a resistencia interna total del amperímetro es
|
R A =
1 −3
6.7 × 10
|
− 150 =0.746
Ω
&ntonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos+ e A
=
V . R A
(
R R
+ R A
)
1 × 0.746
=
(
150 × 150 + 0.746
)
= 3.299
Caso e:
"a sensibilidad del amperímetro es .) -Ω1. / 0 22Ω 0 .2v.
−5
× 10
A
Escala de 10 mA:
"a resistencia interna total del amperímetro es+
R A =
0.2 −3
7.3 × 10
−22 =5.397
Ω
&ntonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos+ e A
=
V . R A
(
R R
+ R A
)
0.2 × 5.397
=
(
22 × 22 + 5.397
−3
)
= 1.790 × 10
A
Escala de 30 mA:
"a resistencia interna total del amperímetro es+ R A =
0.2 −3
8 × 10
−22=3
Ω
&ntonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos+ e A
=
V . R A
(
R R
+ R A
)
0.2 × 3
=
(
22 × 22 + 3
)
=1.090
−3
× 10
A
Escala de 100 mA:
"a resistencia interna total del amperímetro es+ R A =
0.2 −3
8.2 × 10
−22 =2.3902
Ω
&ntonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos+ e A
=
V . R A
(
R R
+ R A
)
0.2 × 2.3902
=
(
22 × 22 + 2.3902
)
=8.908
−4
× 10
A
4.
!C'0n$! "e 3re"en&a a>!r err!r 3!r la !ne?%/n $el a3er6e&r! al %r'%&! $e la
4%5'ra (= E?3l%ar la" a'"a" $e ell! 8e?a%nan$! a"!" a > e7.
Ω
Iara el caso JaK se presentó menor error para la resistencia de #( , 3a la escala de #mA en el miliamperímetro con un valor de la fuente de #. voltio> porque cuanto m8s pequeHa sea la corriente de deflexión de plena escala ser8 ma2or la sensibilidad del miliamperímetro.
Ω
Iara el caso JeK se presentó ma2or error para la resistencia de && 3a la escala de #mA en el miliamperímetro con un valor de la fuente de .& voltios> debido a la resistencia utili%ada5 el estado de los conectores 2 cables del que fueron uso.
*. ;C!n '0l %n"&r'en&! "e 3re"en&/ a>!r err!r@ !n el #!l&6e&r! ! !n el 'l&6e&r!= E?3l%ar la" a'"a" $e ell!. Con el Voltímetro 2a que 4a2 un margen de error ma2or que el ultímetro. 7e presentan tres errores$
Irimero5 la mec8nica del dispositivo 4ace que sea inexacta. 9a inexactitud aumenta a medida que se mueve a la i%quierda a trav;s de la escala. 7egundo5 cometer errores al contar las graduaciones marcadas es f8cil5 sobre todo si tu 8ngulo de observación no es perpendicular. "ercero5 las escalas puede introducir inexactitudes insidiosas. por ejemplo5 AC en lugar de DC es el m8s obvio de ellos.
. E?3l%ar l! "'e$%$! !n el %r!a3er6e&r! en la" Tabla" * > @ %n$%an$! "'" #al!re" $e re"%"&en%a %n&erna 3ara a$a ran5!. ;'0l e" el #al!r re"%"&%#! $el e$%$!r $e b!b%na /#%l= fuente .4 .2
%a. h. e.
7*'u*( 7' )- ( 7' 4< (
4 289 2=
) ): ):
4 9.) :=
7'teóricos( 4;* =)2;*
&ntonces por fórmula para hallar el error introducido por el micro amperímetro tenemos+
e A
=
V . R A R ( R + R A )
&ntonces por fórmula calculamos el valor resistivo del medidor de bobina móvil+ Rm
3Caso
= I A R A S
3
h:
"a sensibilidad del micro amperímetro es )14u51. / 0 )- 5 0 .4v Para escala de 3000 +
"a resistencia interna total del micro amperímetro es+ RA=
0.3 −6
248 x 10
−1000 =209.677
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+ Rm=( 248 x 10
−6
) ( 209.677 )
( ) 1
30
=0.0017
Escala de 1000 mA:
"a resistencia interna total del micro amperímetro es+ RA =
0.3 −6 160 x 10
−1000 =875
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+
Rm=( 160 x 10
−6
) ( 875 )
( ) 1
30
= 0.0046
Escala de 300 mA:
"a resistencia interna total del micro amperímetro es+ RA=
0.3 −6
80.1 x 10
−1000 = 2745.318
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+ Rm=( 80.1 x 10
−6
) ( 2745.318 )
( )= 1
30
0.0073
Caso e:
"a sensibilidad del micro amperímetro es )14u5 1. / 0 4< 0 .2v Escala de 3000 mA:
"a resistencia interna total del amperímetro es+ RA=
0.2 −6
250 x 10
−390 =410
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+ Rm=( 250 x 10
−6
o
) ( 410 )
( ) 1
=0.0034
30
Escala de 1000 mA:
"a resistencia interna total del micro amperímetro es+ RA=
0.2 −6
160 x 10
−390 =860
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+ Rm=( 160 x 10
−6
) ( 860 )
( ) 1
30
= 0.0045
Escala de 300 mA:
"a resistencia interna total del voltímetro es+ RA=
0.2 −6
65 x 10
−390 =2686.9
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+ Rm=( 65 x 10
−6
) ( 2686.9 )
( ) 1
30
= 0.0058
TABLA 6:
"#uente
$a.
%&'u&)
*00
"a
100
0.* " . %' 5.1K ) 0 20.2 " e. %' 5.1K ) 25 1+., sensibilidad del micro amperímetro es )14 51.
*0
%'teóricos)
### 20.5
=< ;* 4< ;*
Caso h:
/ 0 =.)- 5 0 .4v
Escala de 300 +
"a resistencia interna total del micro amperímetro es+ RA =
0.3 −6 40 x 10
−5100 =2400
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+ Rm=( 40 x 10
−6
) ( 2400 )
( ) 1
30
=0.0032
Escala de 100 mA:
"a resistencia interna total del micro amperímetro es+ RA=
0.3 −6
26 x 10
−5100 =6438.46
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+
Rm=( 26 x 10
−6
) ( 6438.46 )
( ) 1
30
= 0.0055
Caso e:
/ 0 =.)- 0 .2v Escala de 300 mA:
"a resistencia interna total del amperímetro es+ RA=
0.2 −6
25 x 10
−5100 =2900
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+ Rm=( 25 x 10
−6
) ( 2900 )
( ) 1
30
= 0.0024
Escala de 100 mA:
"a resistencia interna total del micro amperímetro es+ RA=
0.2 −6 17.8 x 10
−5100 =6135.95
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+ Rm=( 17.8 x 10
−6
) ( 6135.95 )
( ) 1
30
= 0.0036
Escala de 30 mA:
"a resistencia interna total del amperímetro es+ RA=
0.2 −6 20.5 x 10
−5100 =4656.09
6allando la resistencia del medidor de bobina móvil+ −6
Rm=( 20.5 x 10
) ( 4656.09 )
( )= 1
30
0.0031
VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES C3LC9173L<7$ M
!
I. BIBLIORAIA MC!C1"37 <9
(
ta
edición5 Alfaomega grupo editor5 ;xico5
M"<3!A D< C!C1"37 ? D7I37"V37 <9
edicion5 Iearson educación5 exico5 &*.
