ESQUEMA En el circuito se utilizó una red monofásica la cual rectificamos mediante un puente de diodos, se conectó con una resistencia, utilizando la co nexión en serie, la c ual es la resistencia multiplicadora, también un amperímetro, esta disposición la utilizamos para poder convertir un mecanismo de medición en un voltímetro de diferentes rangos y comprobar el valor de la resistencia multiplicadora necesaria para construir un voltímetro.
Tablas Para realizar las medidas correspondientes a la tabla, primeramente se ha tenido que calcular la resistencia multiplicadora para los diferentes rangos, esto se realiza utilizando la siguiente formula:
Donde:
i: Corriente máxima que deflecta toda la escala del mecanismo de medición. v: máxima tensión que puede medir el mecanismo de medición ( v= i r ). ). r: Resistencia interna del mecanismo de medición. Rmn: Resistencia multiplicadora de uno de los rangos. Vn: Tensión máxima que se desea medir en uno de los rangos.
= ( − 1) Dónde: n = Factor multiplicador.
=
Una vez conectado el circuito con la resistencia multiplicadora hallada, se procedió a variar la fuente de tensión para cada rango y se anotó la corriente que nos indica el amperímetro.
Debemos tener en cuenta que el valor de Rmn utilizado en la práctica solo es una aproximación al hallado teóricamente, por lo cual habrá un error apreciable, tambien el valor de la resistencia interna es r= 5,3Ω y el amperímetro es de 10mA. Rango de 50V
n=
961.54
Rmn=
4994.81
V(v)
i(mA)
v=i*r
Vn=n*v
24.8
4.9
0.0259
24.9
10.1
2.0
0.0104
10.0
15.1
3.0
0.0156
15.0
20.0
4.0
0.0208
20.0
36.5
6.8
0.0354
34.0
Rango de 100V
n=
1923.1
Rmn=
9994.8
V(v)
i(mA)
v=i*r
Vn=n*v
10.2
1.0
0.0052
10.0
20.0
2.0
0.0104
20.0
29.2
3.0
0.0156
30.0
39.6
4.0
0.0208
40.0
62.1
6.0
0.0312
60.0
Rango de 200V
n=
3846.15
Rmn=
19994.78
V(v)
i(mA)
v=i*r
Vn=n*v
18.2
1.0
0.0052
19.9
38.3
2.0
0.0104
39.9
78.7
4.0
0.0208
79.9
101.8
5.0
0.0260
99.9
128.8
6.0
0.0312
129.9
Cuestionario 1. ¿En qué consiste el Sistema de medición de bobina móvil o movimiento de D’Arsonval utilizado en los voltímetros de CC?
El mecanismo sensor más común que se emplea en los amperímetros y voltímetros electromecánicos es un dispositivo de sensor de corriente, fue desarrollado en 1881 por D’ Arsonval y se llama movimiento de D’Arsonval o movimiento de imán permanente y bobina móvil. También se emplea en óhmetros, medidores rectificadores de CA y en puentes de impedancia. Su aplicación tan difundida se debe a su sensibilidad y exactitud extremas. Se pueden detectar corrientes menores de 1 uA. La operación de este dispositivo se basa en la interacción de una corriente eléctrica DC y un campo magnético fijo. Los elementos básicos son:
Una bobina móvil, a través de la c ual 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.
El movimiento detecta la corriente empleando la fuerza que surge de la interacción de un campo magnético y la corriente que pasa a través de él. La fuerza se emplea para generar un desplazamiento mecánico, que se mide en una escala c alibrada. Las cargas se mueven en forma perpendicular al flujo de un campo magnético de las cargas. Como la corriente que pasa por un conductor se debe a un movimiento de cargas, estas cargas estarán sujetas a la fuerza magnética si se orienta adecuadamente al conductor dentro de un campo magnético. La fuerza se transmite mediante las cargas a los átomos del conductor, y se fuerza al conductor mismo a moverse. La dirección de la fuerza en el conductor que lleva la corriente se encuentra fácilmente mediante la regla de la mano derecha.
La ecuación vectorial de la fuerza es:
= ∗ Siendo F la fuerza en newtons en el conductor, i es la corriente en amperes, L es la longitud del conductor en metros y B es la intensidad del campo magnético en webers/metro cuadrado. El movimiento de D’ Arsonval se basa en este principio; una bobina de alambre se fija a un eje que gira en dos cojinetes de joya. La bobina puede girar en un espacio entre un núcleo cilíndrico de hierro suave y dos piezas polares magnéticas. Las piezas polares crean el campo magnético y el núcleo de hierro restringe el campo al espacio de aire (entrehierro) entre él y las piezas polares. Si se aplica una corriente a la bobina suspendida, la fuerza resultante hara que gire. A este giro se oponen dos resortes pequeños que orientan un par (fuerza giratoria) que se opone al par magnético. La fuerza de los resortes se calibra de modo que una corriente conocida origine la rotación de ángulo conocido, el puntero liviano muestra la cantidad de rotación sobre una escala calibrada.
El par τ desarrollado por una corriente i dad determina la sensibilidad del movimiento, este par depende del número de vueltas (N), la longitud (l) del conductor perpendicular al campo magnético y la intensidad (B) del campo magnético:
= 2 ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ = 2. Adjunte los diseños de todos los rangos de voltímetros que diseño y explique el procedimiento de cálculo.
El voltímetro de la práctica de laboratorio tiene una resistencia interna de 5.3 Ω y una corriente máxima de medición de 10 mA, con estos datos calculamos el voltaje máximo del instrumento:
=∗ = 10 ∗ 5.2 = 0.052 Rango de 50 V
=
=
50 0.052
= 961.54
ℎ = ∗ ( − 1) ℎ = 5.2 ∗ (961.5 − 1) = 4994.8 Ω Rango de 100 V
=
=
100 0.052
= 1923.1
ℎ = ∗ ( − 1) ℎ = 5.2 ∗ (1923.1 − 1) = 9994.8 Ω
Rango de 200 V
=
=
200 0.052
= 3846.2
ℎ = ∗ ( − 1) ℎ = 5.2 ∗ (3846.2 − 1) = 19994.8 Ω
3. ¿Cuál es la función de las resistencias en serie o multiplicadoras y que características debe de cumplir?
La función de las resistencias en serie o multiplicadoras es la ampliación de medida en un voltímetro. Si se quieren medir tensiones relativamente elevadas, se conecta una resistencia en serie, de forma que la corriente no pueda exceder de los limites considerados como tolerables, de esta forma una parte de la tensión actúa sobre el aparato de medida y el resto (por lo general mucho mayor) se disipa en la citada resistencia adicional. El voltímetro está compuesto de un mecanismo de medición y de la resistencia interna multiplicadora. Como la resistencia interior del aparato de medida es siempre muy pequeña en comparación con la resistencia adicional, en todos los casos se puede mantener el error del aparato de medida dentro de los límites determinados por la clase de precisión del propio aparato de medida. Aunque
las
resistencias
en
serie
o
resistencias
adicionales
puedan
aplicarse
indistintamente a mediciones en corriente continua y en corriente alterna, en la práctica se emplean con más frecuencia para medida e n corriente continua. Cuando se trata de corriente alterna, en muchos casos se utilizan transformadores. Las resistencias adicionales se emplean, sobre todo, para la ampliación del campo de medida de los voltímetros. Pero los circuitos voltimétricos de los vatímetros, cosfímetros, frecuencimetros y otros aparatos de medida también están provistos de resistencias adicionales.
4. ¿Qué precauciones se debe tener para el uso del voltímetro analógico?
Al medir el voltaje desconocido se debe empezar con instrumentos de mayor gama o capacidad.
Que los terminales estén bien conectados, con la polaridad correcta: el negro es negativo y el rojo es positivo.
El circuito a medir debe estar encendido o energizado.
Se debe conectar en paralelo, directamente sobre los extremos del equipo elemento del circuito que se desee medir, pero nunca sobre un conductor ya que sobre los conductores la caída de voltaje es muy pequeña.
No es necesario cortar la energía para conectarlo, a menos que el equipo a medir sea tan complicado que se pueda hacer un cortocircuito con las puntas del voltímetro o que ponga en peligro la vida de la persona que realiza la medición.
Nunca se debe intentar medir alta tensión con un voltímetro común porque se corre el riesgo de recibir una descarga eléctrica.
No se debe conectar en serie ya que la medición obtenida no es la correcta.
Previamente a la conexión de un voltímetro se debe conocer aproximadamente el valor de la tensión ya que estos aparatos están diseñados para diferentes rangos de voltaje (por ejemplo: hasta 300 voltios, 100 voltios, 1500 voltios ó 1,5 KV., 300 voltios ó 3 KV., etc…).
5. Realice un análisis del efecto de carga que tienen las resistencias utilizadas en el circuito. 6. Realice en forma tabulada una comparación entre los valores obtenidos por el voltímetro patrón y el voltímetro que ha sido diseñado. Encuentre los errores absolutos y relativos porcentuales.
Para comparar los valores obtenidos por el voltímetro patrón y el voltímetro diseñado utilizamos las siguientes formulas: Error Absoluto:
= −
Error relativo porcentual:
=
∗ 100%
Entonces aplicando a nuestras tablas de mediciones tenemos:
Rango de 50v Error Absouto
Error relativo %
0.9
9.00
1.8
9.00
2.7
9.00
3.6
9.00
4.5
9.47
Rango de 100V Error Absouto
Error relativo %
1.7
8.50
2.8
7.00
4.3
7.17
5.6
7.00
6.7
7.05
Rango de 200V Error Absouto
Error relativo %
2.5
6.25
4.1
5.12
6.7
5.58
10.2
6.37
12.9
6.79
Como podemos observar los errores absolutos y relativos porcentuales son un poco elevados, pero teniendo en cuanta que la resistencia multiplicadora para cada caso es una aproximación a la hallada teóricamente se concluye que se realizó correctamente la práctica.
7. ¿En qué consiste la ampliación de rango en un voltímetro de CC?
Si se quieren medir tensiones relativamente elevadas, se conecta una resistencia en serie o resistencia adicional, de forma que la corriente no pueda exceder de los limites considerados como tolerables, de esta forma una parte de la tensión actúa sobre el aparato de medida y el resto (por lo general mucho mayor) se disipa en la citada resistencia adicional. El voltímetro está compuesto de un mecanismo de medición y de la resistencia interna multiplicadora.
Como la corriente que circula para ambas resistencias es la misma, se obtiene lo siguiente:
= ℎ ℎ =
=
∗
ℎ =
; = −
∗ ( − )
ℎ = ∗ ( − 1) ; =
Dónde: Rsh
: Resistencia shunt.
Rm
: Resistencia interna del instrumento.
n
: Relación entre el voltaje ampliado deseado (V) y el voltaje maximo de la escala (Vm).
Observaciones
En toda la práctica necesitábamos conocer el valor de la corriente c on la que trabajábamos para no exceder la capacidad de los instrumentos y evitar que se dañen.
El voltímetro es un instrumento de medida eléctrica que sirve para medir la caída de tensión y se debe conectar en paralelo al circuito eléctrico.
El amperímetro es un instrumento de medida eléctrica que sirve para medir la intensidad de corriente eléctrica y se debe conectar en serie al circuito eléctrico.
En toda práctica existen errores ya sean errores humanos o errores por parte de los instrumentos de medición, que conllevan a errores de cálculo de los datos.
El multímetro es un instrumento que puede ser usado para medir tensión, corriente, resistencia entre otros con sus respectivas restricciones de medición.
Conclusiones
El movimiento de D’Arsonval se basa en la interacción de una corriente eléctrica DC y un campo magnético fijo, tienen una sensibilidad y exactitud extrem as.
El voltímetro está compuesto de un mecanismo de medición y de la resistencia interna multiplicadora.
Generalmente este método se utiliza para mediciones en corriente continua ya que en mediciones de corriente alterna ge neralmente se utilizan transformadores.
Los aparatos de medida que miden tensiones o que tienen bobinas voltimétricas las mediciones no se basan directamente en los efectos de la tensión eléctrica sino en los efectos producidos por la intensidad de corriente.
La resistencia se usa para la ampliación del campo de medida de los voltímetros, los vatímetros, cosfímetros, frecuencímetros, entre otros también tienen resistencias adicionales.
Bibliografía
http://www.buenastareas.com/ensayos/Usos-Del-Voltimetro-y-DelAmperimetro/6624268.html
http://www.labc.usb.ve/paginas/mgimenez/Lab_Circ_Electronicos_Guia_Teorica/Cap5.pd f