MEDICIÓN E INSTRUMENTACIÓN Procedimiento Malab. 03 Rev. 3 abril 2007 1

Universidad Tecnológica de México

Materia: Medición e instrumentación

Área: Ingeniería

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Práctica no. 5 Galvanómetro y vóltmetro de CD

Indicadores

• Experimentar el comportamiento del galvanómetro D’Arsonval.

• Construir un vóltmetro multirango por medio de un galvanómetro.

• Distinguir las características de funcionamiento de un vóltmetro.

Normas de seguridad • Seguir las reglas del laboratorio

• Tomar en cuenta las indicaciones del profesor

Equipo de seguridad • Una bata de algodón

Fecha elaboración: __________ Fecha revisión: _____________ Responsable: ______________

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Cuestionario previo: 1. Menciona tres aplicaciones del galvanómetro. 2. Investiga si existen otros medidores analógicos de corriente directa. 3. Comúnmente, ¿cómo se le conoce al galvanómetro D’Arsonval? 4. ¿Qué características debe tener un galvanómetro para ser considerado de buena

calidad? 5. ¿Qué entiendes por sensibilidad de un instrumento de medición? 6. ¿Cuál es el método para obtener la resistencia de un galvanómetro? 7. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los galvanómetros de bobina móvil e

imán permanente?

Equipo 1 Fuente de CD 1 Galvanómetro 1 Multímetro Fluke

Material proporcionado por el alumno 1 Potenciómetro de 10kΩ 1 Resistor de 2.7kΩ , 33kΩ

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Introducción El galvanómetro más conocido o de mayor uso es el de D’Arsonval que es de bobina móvil e imán permanente. El galvanómetro es un dispositivo electromecánico que produce un efecto de deflexión angular cuando se aplica una corriente en las puntas de la bobina, ésta interactúa con el campo magnético estacionario del imán permanente para producir un par de giro sobre la misma bobina y por lo tanto, el indicador que se encuentra fijo a ella. El giro es contrarrestado y limitado por un par recuperador, producido mecánicamente por muelles que sujetan las partes móviles y tienden a llevarlas a la posición de excitación nula. El par recuperador es lineal y proporcional al giro, siendo el estado estático el punto de equilibrio de las únicas fuerzas que actúan en el sistema.

Figura 1 Los parámetros más significativos con respecto al comportamiento estático del galvanómetro son:

• Resistencia interna Rg: es la impedancia relativa de la bobina del galvanómetro.

• Corriente máxima del galvanómetro Ig: es el valor de la corriente que determina la deflexión máxima, es decir que la aguja cubre el 100% de la escala.

• Constante del galvanómetro K: es la relación de las variaciones de la entrada con respecto a las variaciones de salida, esto es:

∆Φ

∆=

IK

VmE

VmRRg

−=

*

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• Sensibilidad S: es la relación de las variables de la respuesta con respecto a las variaciones de la entrada, esto es:

Vóltmetro La construcción de un vóltmetro analógico de una sola escala se realiza conectando una resistencia en serie con el galvanómetro como se muestra en el circuito de la figura 2.

Figura 2

El diagrama del circuito elemental de funcionamiento del galvanómetro en estado estable se representa en la figura 2. El voltaje aplicado Eo determina la corriente Ig de la malla. La resistencia Rg representa la resistencia interna del galvanómetro.

El voltaje a través de las terminales a y b será el producto de la corriente por la resistencia total del circuito, esto es:

Por otro lado, la constante del vóltmetro es la relación de la variación de entrada con respecto a las variaciones de salida, para este caso está dada por:

Kv = voltaje max. de la escala / no. de divisiones

Y la sensibilidad es el recíproco de la constante:

Sv = no. de divisiones / voltaje max. de la escala

Otro término importante es la eficiencia de un vóltmetro, la cual se expresa en ohms por volt. Esta cantidad es la relación de la resistencia interna del vóltmetro, y la lectura de voltaje a plena escala es:

Ohms por volt = Rv / V max.

IKS

∆

∆Φ==

1

)1( RgRIgV +=

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Esta cantidad nos indica la calidad del instrumento.

Desarrollo

Experimento 1

a) Dibuja el galvanómetro poniendo total atención en las partes mecánicas, eléctricas y su carátula.

Experimento 2 Obtención de los parámetros del galvanómetro a) Arma el circuito de la figura 3.

Figura 3 b) Antes de conectar la alimentación, verifica que la fuente esté en cero volts y que la

resistencia variable R3, se ajuste al valor máximo (10 k ohm). c) Aumenta poco a poco el voltaje de la fuente y ajusta el valor de la resistencia

variable hasta que la aguja del galvanómetro se encuentre a su escala máxima y marca la corriente a plena escala.

d) Mide las corrientes con el amperímetro digital. It = ________. I1 =________. Ig =_______. e) Anota la caída de tensión que existe en el resistor R2. V2 = _____________. f) Mide y anota el valor de la resistencia R3=_________ y calcule el valor de

Rg =________.

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g) Mantén sin mover el valor de la resistencia variable y fija a cero el voltaje de la fuente. Posteriormente, incrementa empezando desde cero el valor de la fuente hasta completar la escala del galvanómetro, llenando la tabla no. 1.

Escala No. de

divisiones

Medición en amperímetro

25%

50%

75%

100%

Tabla 1

h) Indica cuál es la corriente máxima que circula por el galvanómetro

Imax= _____________. i) Con base en los datos de la tabla 1, completa la tabla 2.

Escala K (mA/div) S (div/mA)

25%

50%

75%

100%

Tabla 2

j) ¿Qué utilidad práctica tiene la constante K? k) ¿Qué utilidad tiene la S del galvanómetro? l) Da tus conclusiones con respecto a la tabla no. 2

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Experimento 3 Diseño y construcción de un vóltmetro a) Arma el circuito de la figura 4.

Figura 4

b) Anota los parámetros obtenidos del galvanómetro. Ig =__________. Rg =__________. c) Diseña un vóltmetro de escala múltiple E1 = 10 volts, E2 = 25V y E3 = 50V. Calcula los valores de las resistencias R1=_________, R2=_________ y

R3=________. d) A partir de cero, incrementa poco a poco el valor de la fuente hasta que el vóltmetro

patrón indique el valor de E1, en ese momento el vóltmetro bajo prueba indicará plena escala. De no ser así, calíbralo haciendo pequeñas variaciones en R1 de tal forma que la aguja marque máxima escala. Registra el valor medido experimen-talmente:

R1 = ___________. R2 = ___________. R3 = ___________.

e) Determina la constante Kv = ___________. f) Determina la sensibilidad del vóltmetro Sv = ___________. g) Verifica la operación del vóltmetro que diseñaste, midiendo los voltajes que entrega

la fuente. Mide y compara los valores obtenidos en el multímetro digital y apunta los valores que observaste en la carátula del galvanómetro acondicionado como vóltmetro de escala múltiple.

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Vóltmetro digital

Escala de medición

Lectura en el galvanómetro

% de error

1.6V 0-10V

4.8V 0-10V

8.9V 0-10V

11.8V 0-25V

15V 0-25V

17.5V 0-25V

22.5V 0-25V

9V 0-50V

24V 0-50V

31V 0-50V

Tabla 3

Observaciones

Conclusiones

Recursos bibliográficos Cooper, William David, Instrumentación electrónica y mediciones, México, Prentice-Hall.