Instrumentos Integradores_medidas Parte2

7/24/2019 Instrumentos Integradores_medidas Parte2

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FLUXMETRO

Este es un instrumento integrador de impulsos de tensin. Este instrumento

que no tiene resorte que proporcione una fuerza par antagonista idealmente

hablando pero en la realidad si existe la presencia a partir de uno bien fino

para el paso de la corriente, tiene la ventaja de que es estable en cualquierposicin de la escala de medicin.

2.1 INSTRUMENTOS PARA FACTURACIN DE POTENCIA Y ENERGA

Este es un instrumento que permite medir el consumo de energa elctrica de

un circuito o un servicio elctrico, siendo este su principal funcin. Existen una

gran variedad de contadores electromecnicos y electrnicos. Los

electromecnicos utilizan bobinados de corriente y de tensin para crear

corrientes parsitas en un disco que, bajo la influencia de los camposmagnticos, produce un giro que mueve las agujas del cuadrante. En los

contadores electrnicos se utilizan convertidores analgico-digitales para

hacer la conversin.

EnergaPotencia

tiempo (2. )

La expresin anterior al multiplicarla por el tiempo:

W P t (2. )


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Fig 2.15Un contador real de medicin de energa.

Su principales partes son:

Bobina voltimtrica. De hilo fino y de muchas vueltas, conectada en

paralelo con la carga.

Bobina amperimtrica. De hilo grueso, conectada en serie con la

carga.

Estator. Confina y concentra el campo magntico.

Rotor. Disco de aluminio.

Freno magntico del rotor.

Eje con tornillo sinfn.

Relojes contadores.

Como funciona un contador elctrico

Las bobinas de tensin e intensidad generan un flujo magntico debido al paso de

la corriente que alimenta a la carga y ese flujo magntico genera en el disco unas


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corrientes de Foucault. Luego las corrientes generan a su vez un flujo magntico en

el disco, que por definicin es opuesto a la causa que lo origina, provocando as que

gire el disco, que es frenado por un freno magntico que tambin estabiliza la

velocidad de rotacin. Las vueltas que da el disco son proporcionales al campo

magntico que en l se induce, que a su vez depende de la intensidad y tensin que

consume nuestra carga. Existen distintos tipos de contadores que estudiaremos a

continuacin.

Tipos de medidores de energa activa

El tipo de construccin

conexiones internas

el tipo de servicio.

De acuerdo al t ipo de co nstrucc in

Contadores electromecnicos Contadores electrnicos.

Contadores electrnicos.

Utilizan convertidores analgico-digitales para hacer la conversin, estos miden laenerga consumida y suministrada as como la demanda media de los perodos deintegracin. Los medidores de igual forma son utilizados en los sistemasautomticos de clculo de energa y son controlados por un computador.

Fig 2.16 contador electrnico.


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De acuerdo a las conexiones internas:

Concntricos Excntricos

Fig 2.17 Medidor de acuerdo a su conexin interna.

De acuerdo al tipo de servicio

Medidor monofsico de dos hilos

Fig 2.18 Medidor monofsico de dos hilos.

Medidor monofsico tres hilos

Medidor de un elemento motor, conformado por dos bobinas de corriente y una detensin.


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Fig 2.19 Medidor trifsico de tres hilos.

Medidor trifsico cuatro hilos

Para conexiones en estrella.

Fig 2.20 Medidor trifsico de cuatro hilos.

Medidor trifsico tres hilos

Para consumidores que cuentan con centros de transformacin, cuyostransformadores trifsicos o bancos de transformadores en su lado primario estnconectados en delta.

Fig 2.21 Medidor trifsico de tres hilos.


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2.2 EL OSCILOSCOPIO

El osciloscopio es un instrumento que nos ayudara a interpretar los valores de lasseales elctricas, todo esto a travs de un intervalo de tiempo, que estas songeneradas en un sistema elctrico, esta generacin de onda que se mostrara enmuestra en la pantalla y poder identificar cules son las caractersticas que

presenta esta seal, adems el osciloscopio cuenta con perillas que nos ayudara agraduar por si la seal es muy grande o muy pequea, con la ayuda de esteinstrumento podemos realizar tareas mucho ms fcil del entendimiento de la ondaa mostrase.

Dentro de estas caractersticas este instrumento nos mostrara las seales en unapantalla de dos ejes una en el eje horizontal de tiempo y otra en el vertical devoltajes y gracias a instantes de tiempos los podemos visualizaren la pantalla.

Fig 2.22 osciloscopio

Osciloscopio analgico

En un osciloscopio analgico tiene una serie de limitaciones propias de sufuncionamiento:

Las seales deben ser peridicas, ya que esta continuidad deestablecer una seal que refresca la traza de la pantalla. Paraesto requerimos utilizar seales de sincronismo con la seal deentrada de disparo y la seal horizontal.

Las seales muy rpidas reducen el brillo. Cuando se observaparte del perodo de la seal, el brillo se reduce debido a la bajapersistencia fosfrica de la pantalla. Esto se solucionacolocando un potencial post-acelerador en el tubo de rayoscatdicos.

Las seales lentas no forman una traza. Las seales defrecuencias bajas producen un barrido muy lento que nopermite a la retina integrar la traza. Esto se solventa con tubos


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de alta persistencia. Otra forma de solucionar el problema esdando distintas pendientes al diente de sierra del barridohorizontal. Esto permite que tarde ms tiempo en barrer toda lapantalla, y por ende pueden visualizarse seales de bajafrecuencia pero se ver un punto desplazndose a travs de la

pantalla debido a que la persistencia fosfrica no es elevada.

Osciloscopio Digital

Un osciloscopio de ahora tiene la facilidad de conectarse a una computadora yadems presentan un conversor analgico y digital de tal forma que debe tenermucho cuidado.

Una caracterstica es la frecuencia de muestreo, esta que determina el anchode banda que puede medir el instrumento que esta expresada en millones demuestras por segundo.

Las caractersticas de los analgicos son aplicables a los digitales, Estosinstrumentos en la actualidad estn basados en control FPGA (del inglsField Programable Gate Array), esto es el elemento controlador delconversor analgico al digital de alta velocidad del aparato y demscircuitera interna.

Para medir los voltajes se requiere tener una impedancia bastante altaalrededor a 1M especialmente en las escalas diseadas para losvoltajes elevados.

Para la medicin de corrientes necesitaremos una resistencia cuyo valordeber ser menor a la resistencia de la rama correspondiente, y luegomediremos con el osciloscopio el valor del voltaje correspondiente en

nuestra resistencia, y con este valor y el valor de la resistencia calcularemosel valor de la corriente.

Estructura de un osciloscopio

En el grafico siguiente nos ayudara a entender como est compuesto y alascomponentes que presenta este para ayudar a visualizar la onda en la pantalla.


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Fig. 2.23Estructura de un osciloscopio

a) Tubo de rayos catdicos (TRC)

Es un cilindro de vidrio cuyo interior es vaco y es de forma cnica ademsest constituido por un can electrifico, placas de deflexin, pantalla y loscontactos.

El can electrnico produce un haz de luz que incide en la pantalla que estcubierto por una capa de fosforo, se ubicara en la parte cilndrica que consta

de un filamento cuya funcin es calentar a la placa metlica o llamado ctodo yeste se conecta al lado negativo y estos emiten electrones y unos cuantos demiles de voltios de todo el cilindro de tubo de rayos catdicos (figura 4.3) ygracias a esto se puede obtener diversas figura.

Fig.2.24Tubo de Rayos Catdicos

b) El amplificador vertical


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Es el bloque encargado de procesar la seal que queremos aplicar enel canal vertical para adaptarla a los requerimientos de voltaje delas placas de deflexin vertical .

b.1) base de tiempoEsta parte del osciloscopio se encarga de generar diente de sierra que seva a aplicar a las placas de deflexin horizontal para poder observar lasseales introducidas en el amplificador vertical en funcin del tiempo.

Fig.2.25 Seal diente de sierra generada por la base de tiempo.

b.2) el circuito de disparo

Al visualizar en la pantalla un ciclo completo Si queremos observar en untiempo en el que el haz de luz recorrese observara la siguiente forma

Fig.4.5El circuito de disparo

c) Amplificador horizontal


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En esta parte es darle seal a las placas de deflexin horizontal una amplitudy voltaje correspondiente para producir un desplazamiento del haz deelectrones. Adems tiene dos entradas una de base tiempo que es la saliday otra de externa que sera la entrada cuya funcin seria:

Si la salida est conectada al amplificador horizontal y la entrada estconectada al circuito de disparo, la seal introducida es la que va adeterminar el punto en el que va a actuar el circuito de disparo.

Si la salida no est conectada, la seal introducida pasa directamente alamplificador horizontal y de ste a las placas de deflexin horizontal. Enesta posicin en la pantalla del osciloscopio se pueden obtener todasaquellas figuras en las que no debe intervenir la diente de sierra, comopor ejemplo, las figuras de Lissajous.

Fig.2.26 figuras de Lissajous

d) amplificador de control de intensidad

esta parte Detecta en qu intervalos de tiempo la pendiente de la dientede sierra sea negativa, y durante dichos intervalos se aplica un potencialnegativo a la grilla del can electrnico del tubo de rayos catdicos para evitarque los electrones emitidos por el ctodo puedan llegar a la pantalla,eliminando el trazo de retorno.


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Fig.4.7control de intensidad

e) la lnea de retardo

Al estudiar el circuito de disparo vimos que este circuito toma una muestrade la seal aplicada al amplificador vertical y cuando dicha seal pasa porun punto especfico, genera un pulso que pone en funcionamientoel generador de la diente de sierra.

Ahora bien, este proceso toma un determinado tiempo, por lo que cuandose comienza a generar la diente de sierra, la seal aplicada a la entradadel amplificador vertical est en un punto diferente al del comienzodel proceso, y en consecuencia se ha perdido parte de la informacin.

Fig.4.8 Efecto del retardo en las seales del osciloscopio.

Para evitar este problema, entre el amplificador vertical y las placas dedeflexin vertical se coloca una lnea de retardo, segn podemosobservar en la Figura, cuya funcin, como su nombre lo indica, es

retardar la seal proveniente del amplificador vertical para que comience aaplicarse sobre las placas de deflexin vertical al mismo tiempo que ladiente de sierra lo hace sobre las de deflexin horizontal.

El retardo introducido por esta lnea es aproximadamente igual al tiemporequerido por el circuito de disparo para operar correctamente.

f) fuentes de alimentacin


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Esimprescindible en todo circuito electrnico, las Fuentes de Voltaje encontinua Reguladas, que son tomadas de la red elctrica (220V, 60Hz), larectifican y la transforman en un conjunto de voltajes continuos,son necesarios para la operacin de los diferentes bloques del osciloscopio.

g) Puntas de prueba del osciloscopio

Estas puntas de prueba son indispensables porque nos permiten observar y hacerlas mediciones de voltaje en un circuito elctrico o electrnico figura .alconectar las puntas de prueba de un osciloscopio a cualquier circuito,debemos tener mucho cuidado al ubicar la conexin de las tierras de dichaspuntas.

Fig.4.9. Punta de prueba de un osciloscopio.

4.2) Clasificacin de los osciloscopios

a) en base al ancho de banda

De acuerdo con esta caracterstica, los osciloscopios se pueden clasificarde las siguiente manera:

- Osciloscopios de baja frecuencia, para los que el ancho de banda delamplificador vertical llega hasta 10MHz.- Osciloscopios de alta frecuencia, para los que el ancho de banda delamplificador vertical va de los 10MHz a los 500MHz ms.- Osciloscopios de muestreo, los cuales mediante un proceso especialson capaces de presentar en sus pantallas seales cuyas.

- frecuencias estn en el orden de 18GHz (lGHz= 109Hz).

b) en base al tipo de tubo de rayos catdicos utilizado- Osciloscopios de fsforo "standard", los cuales tienen una pantalla recubiertacon un tipo de fsforo que emite luz cuando incide el haz sobre l, y deja deemitir en el momento que cesa la incidencia.- Osciloscopios de memoria, los cuales continan presentando la imagen en lapantalla an despus que cesa la incidencia del haz, gracias a un fsforo de


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gran remanencia y a un sistema especial de almacenamiento. Seutilizan para estudiar seales no peridicas.

c) En base a la cantidad de seales a visualizar en firma simultanea-Osciloscopios de un solo can electrnico, capaces de presentar una sola

seal sobre la pantalla.-Osciloscopios de dos o tres caones electrnicos, capaces de presentar doso tres seales simultneas sobre la pantalla (su costo es muy elevado yactualmente estn en desuso).-Osciloscopios de un solo can electrnico, capaces de presentar dos, tres ocuatro seales simultneas sobre la pantalla gracias a sistemas electrnicos degran velocidad.


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2.3 EJERCICIO DE APLICACIN

EJERCICIO DE APLICACIN 1.

Cierto galvanmetro posee resistencia de 70 ohm y la lectura a toda escala es de0.02 A Qu resistencia conectado en serie convierte el galvanmetro en unvoltmetro de 130V?

Solucin:

Cuando tiene el instrumento una corriente de 0.02 el voltmetro de 70 ohm esta altope entonces:

Hallamos el voltaje del instrumento

=

0.02 70 = 1.4

=

=

130

0.02= 6500

70

:

= 6500 70 = 6430


Un galvanmetro posee una resistencia de 10 ohm siendo una corriente de 0.50 Aque pasa por dicha bobina causando una desviacin completa en su aguja.

Cul es el valor de la resistencia que multiplicada a ella obtenemos un voltmetrode 10 v?

Solucin:

Aplicando la ley de ohm para hallar la tensin

= = 0.5 10 = 5

5


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Si queremos medir 10v hay que ponerle una resistencia tal que el voltmetro cuandopase una corriente de 0.5 A se vea 5v de voltaje.

Con esto queremos decir que el galvanmetro siempre debe ver la misma corriente.

Si hay ms corriente entonces se malograra el galvanmetro.

Cuando se le aplica un voltaje, una parte cae en la resistencia en serie, y la otra enel instrumento entonces deducimos que:

10 = + 5> =1 0 5

=

5

0.5= 10


Un galvanmetro de 0.5 mA y una resistencia de 100 ohm, se utilizan para construirun ampermetro con un rango de 0 a 110 mA calcular la resistencia shunt necesariaen el aparato y hacer el diagrama del medidor.

Solucin

Datos:

Ig = 0.5 mA

Is = 109.5mA

It = 110 mA

Rg = 100 ohm

Solucin.

Ig x Rg = Is x Rs

Rs = ((0.5mA)(100 ohm))/(109.5mA)

Rs = 0.05/109.5 E-3

Rs = 0.4566 ohm



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En el laboratorio un alumno selecciona tres seales al azar con el generador deseales para lo cual requiere de un osciloscopio para visualizarlas al observar lesali una V1 = 6Vpp, 500Hz, V2 = 7.5Vpp, 10KHz, V3 = 9Vpp, 1MHz y su amigo lepide a) Medir el periodo y la frecuencia de la seal. b) Medir la tensin pico a pico,y calcular la tensin mxima y la tensin eficaz.

SolucinEn la primera seal V1 Mando V/Div = 1V/DivCuya base de tiempos es 1ms/Div

a) Periodo y frecuencia:T = (1ms/div). (2div)T = 2ms

f = T-1f = 2ms-1 = 500Hz

b) Vpp, Vef y Vmx:Vpp = (1V/div).( 6div)Vpp = 6VVef = Vp/2Vef = 3/2 = 2.12Vef

Vmx = VpmxVmx = 3V


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2.4 BIBLIOGRAFIA

Francisco j. Chacn. Mediciones Elctricas para Ingenieros

https://es.wikipedia.org/wiki/Vatihor%C3%ADmetro

http://www.biografiasyvidas.com/biografia/a/arsonval.htm http://www.monografias.com/trabajos/medielectricos/medielectricos.shtml

http://www.gratislibros.com.ar/textos3/ing106/ingenieria-electrica-

mediciones-aparatos-medicion-principio-electrodinamometro.html

http://es.slideshare.net/Fatima1975/galvometro

http://es.slideshare.net/YARITZALIKKK/28140056-

galvanometroyamperimetro1?next_slideshow=1

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