Instrumentación Electromédica

ITM 2011

Ing. Javier Camacho

Introducción

En 1895 el italiano Guillermo Marconi construyó el primer sistema de radio, y en 1901 logró enviar señales a la otra orilla del Atlántico

• Su capacidad se puso a prueba el 2 de noviembre de 1920, cuando la emisora KDKA de Pittsburg retransmitió la elección del nuevo presidente estadounidense, Warren G. Harding; su mensaje fue escuchado por 1.000 personas.

• Los avances en la electrónica hicieron posible la fabricación de nuevos y más baratos aparatos de radio. Su extensión y el éxito del medio como vehículo de comunicación dieron paso a una nueva actividad empresarial, la radio comercial. En 1925 había unas 600 emisoras repartidas por todo el mundo y en la década de 1960 su número llegaba a las 10.000.

Sistema internacional de unidades

La creación del SI es el resultado de una larga historia endonde un gran número de científicos, ingenieros ypolíticos han aportado su contribución, estimulados porlas exigencias crecientes de una sociedad en evolución.

El SI es un sistema adaptado a las necesidades de laciencia, de la tecnología, de la industria y del comercio ysu adopción implica la obligación de conformarsecuidadosamente a la notación, a los símbolos y a lasreglas adoptadas por la Conferencia General de Pesas yMedidas

SI: Mediciones eléctricas

Corriente eléctrica: Cantidad de cargaeléctrica que circula por un metal en launidad de tiempo

I=dQ/dtPero en 1948 el ampere absolutoreemplazó al internacional, porconsenso internacional debido adiferentes problemas durante lasmediciones.

La determinación de la corriente sehizo a través de la balanza de corriente:

Instrumento que pesa la fuerzaejercida entre dos bobinas queconducen una corriente.

Balanza de corriente: FuncionamientoSe hace pasar corriente en direcciones opuestas a través dedos alambres horizontales paralelos, conectados en serie. Elalambre inferior permanece fijo.El alambre superior se balancea con un contrapesoajustable, a unos milímetros sobre el inferior. El alambresuperior posee además un plato pequeño, en donde sepuede colocar pesitas calibradas que hacen descender labalanza hasta tocar el alambre inferior. Cuando la corrientecircula o aumenta lo suficiente, la repulsión magnética entrelos alambres aumenta haciendo que el alambre superiorregrese a su posición de equilibrio inicial. La posición deequilibrio se puede observar a través de un espejo colocadosobre la línea de apoyo de la balanza y un telescopiocolocado a unos 150 cm enfrente del espejo.

Con una regla colocada al lado del telescopio, la posición dela balanza puede ser medida. La corriente se mide enfunción del peso sobre el plato (máximo 200 mg). Si segrafica el peso contra el cuadrado de la corriente se debetener un comportamiento lineal, ecuación (2), cuyapendiente depende de las condiciones iniciales delcontrapeso.

Balanza de corriente: Patrones eléctricos

Fundamentación teórica y modo de operación de la balanza

La fuerza entre alambres paralelos transportando una corriente I esta dada por:

F = 2 x 10 ­⁷ (L / d) x I ²

siendo F la fuerza en newton, L la longitud de los conductores (en cms),

d la distancia entre los conductores (en cms), I la corriente que circula (en amp)

Conclusión 1

Los instrumentos fabricados antes de 1984 se calibraronen términos del ampere internacional, pero los nuevosdispositivos utilizan el ampere absoluto como la base desu calibración.

El voltaje, la corriente y la resistencia están relacionadospor la ley de ohm de proporcionalidad constante.

V= I R

El aparato era incómodo, su peso superaba los 250kgs, ocupaba mucho espacio y eran necesarias 5personas para su manejo

Resistencia eléctrica: conceptoMovimiento real de la corriente eléctrica en un metal1. En su movimiento por el metal, las cargas chocan con distintos obstáculos:

imperfecciones o defectos cristalinos, núcleos atómicos, otras cargas, bordes del conductor, etc…

2. El número de colisiones limita y dificulta el paso libre de la corriente eléctrica3. Según el mayor o menor número de colisiones, cada material conductor se resiste

más o menos al paso de la corriente I.

Factores de dependencia de R

– La longitud, L, y sección, S, del metal– Las características intrínsecas del material (defectos, estructura cristalina, límites

del metal, núcleos atómicos)– La temperatura. La excitación térmica agita todas las partículas constituyentes del

conductor y aumenta, por tanto, el número de colisiones

R = L/S ρ ρ es la resistividad eléctrica característica del material conductorUnidades de R: 1 Ohmio

Resistencia: Características

Su resistencia R está dada en ohms: desde unos cuantos ohms, hasta variosmegaohms

Disipación de potencia W La disipación de potencia es muy importante yaque indica la máxima cantidad de potencia que un resistor puede disipar(generalmente en forma de calor) sin sufrir un calentamiento excesivo

Comúnmente se pueden encontrar dos tipos de construcción de resistorescomo son:

Carbón: utilizados en aplicaciones de “baja” potencia igual o menor a 2 W

Alambre: que van de potencias igual o superiores a los 5 W

Los resistores de carbón se encuentran disponibles con valores de resistencia R

desde pocos ohms hasta 20 MΩ, la disipación nominal para este tipo resistores

1/10, 1/8, ¼, ½, 1 y 2 W.

La resistencia: El patrón de medición

Es una bobina de alambre con aleación de manganina, la cual tiene una elevada resistividad eléctrica y un bajo coeficiente de resistividad-temperatura, inmersa en un deposito de doble pared, sumergida en aceite libre de humedad en envase sellado. Las conexiones de la bobina se sueldan con plata y las terminales se elaboran en níquel plateado libre

de oxigeno.

Rt= R₂₅C°+ α(t – 25) + β(t – 25)²Rt= Resistencia a la temperatura ambiente

R₂₅C°= Resistencia a 25 grados

α, β= coeficientes de temperatura

Resistencias: La precisión

Resistencias de precisión 1Resistencias de precisión 2 Resistencias para aplicación en telecomunicaciones

Style FC : Flip Chip version for surface mountapplications.

Style WB: Wire Bond version for hybrid applications with metallized back surface for solder down heat sinking of the chip, includes bondable terminationpads to receive aluminum wire bonds.

Thermal resistance :Provided to optimize high power designs when utilizing higher thermal conductivity circuit board substrates such as IMS or Alumina.• Resistance range down to 0.010 ohm at ±5%, 0.050 ohm at ±2%, and 0.10 ohm at ±1%.• Low inductance provides excellent high frequency and pulse response.• High pulse handling and overload capability.

Fusibles

En todo diseño electrónico, los sistemas de protección poseen un papel

muy importante. Los accidentes e imprevistos son habituales en equiposindustriales o en aquellos que son operados por muchas personas. Uncortocircuito o una sobrecarga no deseada (ni esperada) pueden destruirun sistema de alimentación y, en el peor de los casos, puede ocasionargraves accidentes.

Los fusibles son pequeños dispositivos que permiten el paso constantede la corriente eléctrica hasta que ésta supera el valor máximo permitido

FUSIBLES RAPIDOS

• Los semiconductores son componentes electrónicosextremadamente sensibles a las sobrecargas y los cortocircuitos,por lo que no pueden protegerse mediante fusiblesconvencionales. Por ello existen fusibles ultrarrápidos específicospara este fin, cuyos principales requisitos son la fusión rápida,unos bajos valores de energía (I2t), reducidos valores de tensiónde arco y una adecuada coordinación selectiva con los dispositivosde de protección

• La serie 458 de la familia Nano2 de Littelfuse sirve para la protección contra sobrecorrientes en tarjetas de circuito impreso (PCB).

Fusibles: Ultimas novedades

El circuito integrado NIS5112 es un fusible electrónico (electronic fuse) ideal

para aplicaciones en automóviles y para toda aquella utilidad que necesite una alimentación de 12Volts.

A pesar de tener un encapsulado SOIC8, la tecnología SENSEFET le permite al NIS5112 trabajar con corrientes de hasta 5A. en desarrollos donde el espacio, la confiabilidad y el costo reducido son muy importantes.

FUSIBLE LENTO

• http://www.fusecoinc.com/fuses