ampliacion de escala de un voltÍmetro y

AMPLIACIN DE 2011 ESCALA DE UN AMPERMETRO Y UN VOLTMETROLABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS Docente: Ing. Oliden Nez HctorEquipo de Trabajo: Barahona Aguilar Giancarlo Castillo Gutirrez Vctor Jankarlos Daz lachos Manuel Eladio Ros Campos Vctor Manuel Vlchez Rodas Franco Lenin

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LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS

PRACTICA N04 AMPLIACION DE ESCALA DE UN VOLTMETRO Y DE UN AMPERMETRO I. OBJETIVOS. a. Aplicar las caractersticas del circuito serie en la ampliacin de la escala de un voltmetro. b. Aplicar las caractersticas del circuito paralelo en la ampliacin de la escala de ampermetro.

II.

MATERIALES. Autotransformador

Voltmetro de Hierro Mvil, escala mxima 150 V, SIEMENS

2

Multmetro digital SANWA CD 800


Pinza digital CLAMP METER EM 486 B

Ampermetro de Hierro Mvil, escala mxima 250 mA, SIEMENS

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Potencimetro

Resistencias:

RESISTENCIAS

2.2 /5W , 4.7 /5 , 4.7 /5W 1K /5W

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Placa universal, cables, puentes y tomacorriente.

I.

FUNDAMENTO TERICO.

4


Los instrumentos que utilizamos en los laboratorios para medir las diferentes tensiones, resistencias, y otras variaciones de electricidad que tengan los circuitos y equipos de nuestro uso diario o de experimentacin. Dichos instrumentos nos ayudan a mantener los circuitos y equipos en un ptimo funcionamiento basndonos en ecuaciones y comparaciones en lo que respecta al flujo de electricidad. Los parmetros que distinguen el uso de los instrumentos de medicin son: La intensidad la miden los Ampermetros. La tensin la miden los Voltmetros.

Adems el Ohmmetro mejora el circuito (Ampermetro Voltmetro) y el Multmetro rene todas las funciones de los tres antes mencionados. Las mediciones elctricas se realizan con aparatos especialmente diseados segn la naturaleza de la corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parmetros de voltaje, tensin e intensidad. De esta forma, podemos enunciar los instrumentos de medicin como el Ampermetro o unidad de intensidad de corriente. El Voltmetro como la unidad de tensin, el Ohmmetro como la unidad de resistencia y los Multimetros como unidades de medicin mltiples. Todos los instrumentos de medicin mencionados anteriormente tienen interiormente uno de los dispositivos ms tiles para detectar el paso de una corriente por un circuito: El galvanmetro de D'Arsonval. Pero, debido a la poca capacidad de corriente de este instrumento, slo lo podemos utilizar en su forma original en casos muy especficos, donde las corrientes que tengamos que medir sean muy pequeas. En vista de lo anterior podemos plantearnos la siguiente pregunta: En qu forma se pueden ampliar las posibilidades de medicin de este dispositivo, para incluirlo en distintos tipos de circuitos y sistemas de medicin?. La respuesta a esta interrogacin la encontramos en dos configuraciones circuitales sumamente sencillas: El divisor de corriente y el de voltaje. A continuacin se muestra en qu forma podemos utilizarlas para poder fabricar con el galvanmetro que tenemos a nuestra disposicin5


ampermetros, voltmetros, y hmetros cuyos rangos de medicin se ajusten a nuestras necesidades.

Galvanmetro Galvanmetro en Divisor de Corriente: Ampermetro. Voltmetro.

en

Divisor de Voltaje:

AMPERMETRO Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Elctrica. Su unidad de medida es el Amperio y sus Submltiplos, el miliamperio y el microamperio. Los usos dependen del tipo de corriente, sea, que cuando midamos Corriente Continua, se usara el ampermetro de bobina mvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagntico. El Ampermetro de C.C. puede medir C.A. rectificando previamente la corriente, esta funcin se puede destacar en un Multimetro. Si hablamos en trminos bsicos, el Ampermetro es un simple galvanmetro (instrumento para detectar pequeas cantidades de corriente) con una resistencia paralela llamada Shunt. Los ampermetros tienen resistencias por debajo de 1 Ohmio, debido a que no se disminuya la corriente a medir6


cuando se conecta circuito energizado.

a

un

La resistencia Shunt amplia la escala de medicin. Esta es conectada en paralelo al ampermetro y ahorra el esfuerzo de tener otros ampermetros de menor rango de medicin a los que se van a medir realmente.RS=R1= RiIm1-Im RS=R1= RiIIA-1

Si queremos un ampermetro de varias escalas, para cada una de ellas tendremos que calcular la resistencia Shunt que debemos colocar en paralelo con el galvanmetro. La configuracin ms simple de este instrumento es la mostrada en la Figura.

En el esquema anterior podemos observar que si queremos cambiar de escala cuando el ampermetro est conectado a un circuito, debemos desconectarlo, efectuar el cambio y luego conectarlo nuevamente, ya que si realizamos dicho cambio sin eliminar la conexin, mientras el selector est entre dos posiciones toda la corriente circular por el galvanmetro, y como dicha corriente es mayor que Im, probablemente daar el instrumento. P a r a evitar esto podemos emplear la configuracin siguiente:

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De esta forma mientras el selector se encuentra entre dos posiciones, el galvanmetro tiene siempre una resistencia conectada en paralelo.

VOLTMETRO Es el instrumento que mide el valor de la tensin. Su unidad bsica de medicin es el Voltio (V) con sus mltiplos: el Mega voltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.mltiplos como el mili voltio (mV) y el micro voltio. Existen Voltmetros que miden tensiones continuas llamados voltmetros de bobina mvil y de tensiones alternas, los electromagnticos. Sus caractersticas son tambin parecidas a las del galvanmetro, pero con una resistencia en serie. Dicha resistencia debe tener un valor elevado para limitar la corriente hacia el voltmetro cuando circule la intensidad a travs de ella y adems porque el valor de la misma es equivalente a la conexin paralela aproximadamente igual a la resistencia interna; y por esto la diferencia del potencial que se mide (I2 x R) no vara.

Galvanmetro en Divisor de Voltaje: Voltmetro.

Ampliacin de la escala del Voltmetro El procedimiento de variar la escala de medicin de dicho instrumento es colocndole o cambindole el valor de la resistencia Rm por otro de mayor Ohmeaje, en este caso.Rm=R1= E-VIm8


Rm=R1=RvEV-1

Si queremos un voltmetro de varias escalas, debemos calcular la resistencia que debemos conectar en serie con el galvanmetro. Una vez realizado este clculo, podemos implementar el voltmetro de varias escalas utilizando una de las configuraciones presentadas en las siguientes Figuras.

Primera configuracin para el voltmetro de varias escalas

Segunda configuracin para el voltmetro de varias escalas

MULTMETRO Hemos visto que el diseo de los ampermetros, voltmetros y hmetros (que no se habla en este informe) se basa en la utilizacin de un galvanmetro de DArsonval. Debido a esto surge la idea de disear un instrumento capaz de incluir a los otros tres. Este instrumento es el que conocemos con el nombre de multmetro.

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I.

Diagrama de un multmetro elemental PROCEDIMIENTO. La idea central de este experimento es utilizar instrumentos de medicin de corriente y tensin para medir valores que van ms all de los permitidos por sus escalas. Para ello deben utilizarse los principios de la divisin de tensin y divisin de corriente para desviar la magnitud excedente sin que el instrumento sufra dao alguno. Ampliacin de escala de un voltmetroi. Resistencia interna de un voltmetro Rv: En nuestro caso RV=3.73 K RV=3.73 K ii. Nuestro voltmetro utilizado, en determinada escala tiene una resistencia interna RV y da una lectura a

mxima desviacin (valor mximo de la escala) de VMAX=150 voltios.

VMAX=150 voltios

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iii. Calculamos la resistencia RS que se debe conectar en

serie con nuestro voltmetro, a fin de que el voltmetro indique la lectura mxima de la escala utilizada VMAX=150V , cuando el circuito es alimentado con un tensin hasta que el voltmetro indique el valor mximo VMAX=150V , entonces con la Rs conectado en serie se obtiene la medida de una voltaje de 250V.RS=R1=RvEV-1 RS=3.73 k 250150-1 RS=2.49k

iv.En un tablero establecido realizamos la conexin de 4 resistencia de cermica de 1 K, dos en paralelo y dos en serie obteniendo una resistencia equivalente de 2.5 K 2.49 k.

RS=2.50k

v. Luego realizamos la conexin del voltmetro

en serie con la resistencia equivalente de 2.5 k, obteniendo nuestro voltmetro con una escala ampliada que nos permitir medir voltajes hasta los 250 V.

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RS=2.49k

vi. Realizada la conexin de nuestro voltmetro

en serie con la resistencia shunt procedemos a hacer la siguiente conexin como se muestra en la figura para luego realizar las medidas correspondientes haciendo variar el voltaje a travs del autotransformador. Los datos se muestran en las tablas.

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Para utilizar nuestro ampliador de escala como voltmetro es necesario poner el selector a la derecha como indica la figura y ubicar los conectores uno (punto comun) y el otro conector (voltios) Los datos obtenidos en nuestro voltmetro de hierro mvil, son multiplicados por un factor de escala e=250150=1.67 y luego estas medidas sern comparadas con el verdadero voltaje que nos entregara el multmetro digital, obteniendo un error que se detallara ms adelante en un cuadro comparativo con su respectivas graficas de error.

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Ampliacin de escala de un Ampermetroi.

Resistencia interna de un ampermetro RA: En nuestro caso RA=13.6 RA=13.6

ii. Considere

que el ampermetro utilizado, en determinada escala tiene una resistencia interna RA y da una lectura a mxima desviacin (valor mximo de la escala) de IMAX= 250 mA.

IMA X= 250 mA.

iii. Calculamos la resistencia RS que se debe conectar en

paralelo con el ampermetro , a fin de que el ampermetro indique la lectura mxima de la escala utilizada IMAX=250 m A , cuando el circuito es alimentado con una corriente hasta que el14


ampermetro indique el valor mximo IMAX=250 mA, entonces con la Rs conectado en paralelo se obtiene la medida de corriente de 550 mA.RS=R1= RiIIA-1 RS=13.6 550250-1 RS=11.3

iv. En un tablero establecido realizamos la conexin de 3

resistencia de cermica de 2.2 , 4.7 y 4.7 , todas en serie obteniendo una resistencia equivalente de 11.6 . 11.3.

RS=11.611.3

v. Luego realizamos la conexin del ampermetro paralelo con la resistencia equivalente de 11.6 .

en

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vi. Luego realizamos la conexin de nuestro ampermetro

en paralelo con la resistencia shunt procedemos a hacer la siguiente conexin como se muestra en la figura para luego realizar las medidas correspondientes haciendo variar el voltaje a travs del autotransformador.

16


Para utilizar nuestro ampliador de escala como ampermetro es necesario poner el selector a la izquierda como indica la figura y ubicar los conectores uno (amperio) y el otro conector (punto comn) Los datos se muestran en las tablas. Los datos obtenidos en nuestro ampermetro de hierro mvil, son multiplicados por un factor de escala e=550250=2.2 y luego estas medidas sern comparadas con su verdadera corriente que nos entregara pinza amperimtrica digital, obteniendo un error que se detallara ms adelante en un cuadro comparativo con su respectivas graficas de error.

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I.

CLCULOS Y RESULTADOS.

Ampliacin de escala de un voltmetro (150V -250V)

Voltmetr o (V)

Tensin TericaVMAXe

(V) 31 78 101 125 14651,77 130,26 168,67 208,75 243,82

Tensin Experiment al Multmetro (V) 48 124 161.5 199 237.3

IEABSI

ER (%)

3,77 6,26 7,17 9,75 6,52

7,28 4,81 4,25 4,67 2,67

e=Factor de escala: 250150=1.67

Ahora calculamos el verdadero valor del factor de escala, nuestro voltmetro conectado en serie a la resistencia shunt a mxima escala nos da 239 V (valor del multmetro), marcando en el voltmetro su mxima escala de 150 V. Entonces: Factor de escala =e=239250=1.59

Voltmetr18

Tensin

Tensin


o (V)

TericaVMAXe

(V) 31 78 101 125 14649,29 124,02 160,59 198,75 232,14

Experiment al Multmetro (V) 48 124 161.5 199 237.3

IEABSI

ER (%)

1,29 0,02 0,91 0,25 5,16

2,62 0,02 0,57 0,13 2,22

Ampliacin de escala de un Ampermetro (250 mA 550 mA)

Ampermet ro (mA)

Corriente TericaIMAXe

(mA) 62 111 161 206 240.5136,4 244,2 354,2 453,2 529,1

Corriente Experimen IEABSI tal PINZA (mA)122 222 325 421 493 14,4 22,2 29,2 32,2 36,1

ER (%)

10,5 6 9,09 8,24 7,11 6,82

e=Factor de escala: 2.2

Ahora calculamos el verdadero valor del factor de escala, nuestro ampermetro conectado en paralelo a la resistencia19


shunt a mxima escala nos da 515 mA (valor de la pinza amperimtrica), marcando en el ampermetro su mxima escala de 250 mA. Entonces: Factor de escala =e=515250=2.06

Ampermet ro (mA)

Corriente TericaIMAXe

(mA) 62 111 161 206 240.5127,72 228,66 331,66 424,36 495,43

Corriente Experimen tal PINZA (mA)122 222 325 421 493

IEABSI

F ER (%)

5,72 6,66 6,66 3,36 2,43

4,48 2,91 2,01 0,79 0,49

II.

GRAFICAS. Ampliacin de escala de un voltmetro e=Factor de escala: 250150=1.67

Factor de escala verdadero =e=239250=1.5920


Ampliacin de escala de un Ampermetro e=Factor de escala: 2.2

Factor de escala verdadero =e=515250=2.06

III.

CONCLUSIONES. a. Observamos en las graficas que el valor del error disminuye utilizando el factor de escala verdadero, es decir en la ampliacin de escala del voltmetro un error absoluto de 9.75 se reduce a 5.16. En la ampliacin de escala del ampermetro un error absoluto de que va en aumento (factor de escala = e = 2.2) se reduce a 6.66.b.

Concluimos que el trabajo de la ampliacin de escala se realizo con xito, ya que los valores de los datos obtenidos (instrumentos de hierro mvil), concuerdan aproximadamente con los que nos entregaban los instrumentos digitales.

IV.21

RECOMENDACIONES.


a.

Se recomienda que al comprar los diferentes dispositivos que se empleen en la experiencia del laboratorio sea los adecuados, que corresponda a los valores especificados y as evitar errores.

V.

BIBLIOGRAFIA:

MEDICIONES Y PRUEBAS ELECTRICAS Y ELECTRONICAS, ALFAOMEGA-MARCOMBO. Medidas elctricas. Instrumentos y medidas elctricas Morton Spence. Instrumentacin Electrnica Moderna Cooper. www.wilkipedia.edu.com www.google.com www.tuveras.com www.altavista.com

Bill Bolton; Ed. Eleodoro Agreda. Autor: Shepherd Autor: William D.

Nota: Los datos de ampliacin de escala del voltmetro se han realizado con un simulador (circuit maker 2000), ya que nuestro dispositivo hecho por todos los integrantes del equipo no coincidan los valores establecidos en dicha ampliacin de escala, debido a un error en la adquisicin de las resistencias de cermica, ya que nosotros compramos las resistencia en K y por equivocacin por el vendedor de la electrnica nos vende solamente en , produciendo un diferencia abismal en la resistencia equivalente de la que se quera obtener. Es un error nuestro como del vendedor, ya que22


nosotros como estudiantes y interesados en el trabajo deberamos ver el verdadero valor, esto que nos sirva como experiencia, revisar bien el valor especificado y asi evitar nuevas equivocaciones. Luego realizamos la modificacin de nuestro ampliador de escala simplemente comprando el verdadero valor de las resistencias (K ), para luego entregar el trabajo al docente.

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ANEXOS

CONECTANDO Y SOLDANDO LAS RESISTENCIAS

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TRABAJO FINAL

25


26

ampliacion de escala de un voltÍmetro y

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