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SEGURIDAD E INSTRUMENTACIÓN

1) OBJETIVOS:

Conocer las normas de seguridad para un laboratorio electrónico, una compañía industrial, las instalaciones eléctricas en general.

Conocer el uso adecuado de los equipos e instrumentos electrónicos. Prevenciones contra descargas eléctricas.

2) FUNDAMENTO TEÓRICO: ACCIDENTES DE ORIGEN ELÉCTRICO

Los accidentes de origen eléctrico pueden provocar daños sobre las personas (lesiones, e incluso muertes) y sobre los bienes (equipos dañados, riesgo de incendio y explosiones). Sin embargo, la mayoría de los accidentes tienen su origen en una falla humana (por negligencia o ignorancia). Esto implica que podrían evitarse si las personas involucradas conocieran y llevaran a la práctica ciertas normas básicas de seguridad.

Clasificación de los accidentes eléctricos

a) accidentes domésticos (de baja tensión).

b) accidentes de trabajo al margen de los sistemas de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica (baja y media tensión).

c) accidentes de trabajo en los sistemas de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica (baja, media y alta tensión).

d) accidentes atmosféricos por caídas de rayos.

DESCARGA ELÉCTRICA

Se denomina descarga eléctrica en un objeto cuando la corriente eléctrica usa como medio de transmisión a este mismo. En el caso que este objeto resulta ser el cuerpo humano, decimos entonces que la persona a sufrido una descarga eléctrica. La electricidad daña los tejidos al transformarse en energía térmica. El daño tisular no ocurre únicamente en el lugar de contacto con la piel, sino que puede abarcar a tejidos u órganos subyacentes a la zona de entrada o de salida de la corriente. El grado de lesión tisular depende de varios factores:

Intensidad de la corriente (en amperios), la cual, a su vez, depende del voltaje y de la resistencia de los tejidos al paso de la corriente (intensidad = voltaje / resistencia). Habrá más daño a mayor voltaje y menor resistencia. Las lesiones más severas se producen por corrientes de alto voltaje (mayor de 1000 voltios), pero una descarga “doméstica” con una corriente alterna de 110 voltios, puede ser mortal. La resistencia de los tejidos es variable.

Trayecto de la corriente a través del cuerpo: si se pueden identificar los puntos de entrada y de salida (donde hallaremos carbonización de la piel, denominada necrosis coagulativa), se puede sospechar el pronóstico y la gravedad del proceso valorando los tejidos que han podido ser dañados por la corriente. Recordemos que los tejidos

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más superficiales se enfriarán antes que los profundos, por los que el calentamiento puede ocasionar lesiones más graves. En general, son peores los trayectos “horizontales” (por ejemplo, brazo-brazo), que los verticales (como hombro-pierna).

Duración del contacto con la corriente; a mayor tiempo de exposición, peores consecuencias. Tengamos además en cuenta otra consideración: la corriente alterna suele producir más daños que la corriente continuaa.

Nota: El rayo constituye un caso especial: puede originar descargas de hasta 100.000.000 de voltios, con una energía de hasta 200.000 amperios. Es corriente directa, y suele producir mínimas quemaduras superficiales con patrón en forma de araña o arborescente y sin alteraciones metabólicas; sin embargo, es habitual la asistolia (la asistolia suele originar el paro cardiaco).

UNIDADES ELECTRICAS

Unidades eléctricas, unidades empleadas para medir cuantitativamente toda clase de fenómenos electrostáticos y electromagnéticos, así como las características electromagnéticas de los componentes de un circuito eléctrico. Las unidades eléctricas empleadas en técnica y ciencia se definen en el Sistema Internacional de unidades. Sin embargo, se siguen utilizando algunas unidades más antiguas.

Unidades SI

La unidad de intensidad de corriente en el Sistema Internacional de unidades es el amperio. La unidad de carga eléctrica es el culombio, que es la cantidad de electricidad que pasa en un segundo por cualquier punto de un circuito por el que fluye una corriente de 1 amperio. El voltio es la unidad SI de diferencia de potencial y se define como la diferencia de potencial que existe entre dos puntos cuando es necesario realizar un trabajo de 1 julio para mover una carga de 1 culombio de un punto a otro. La unidad de potencia eléctrica es el vatio, y representa la generación o consumo de 1 julio de energía eléctrica por segundo. Un kilovatio es igual a 1.000 vatios.

Las unidades también tienen las siguientes definiciones prácticas, empleadas para calibrar instrumentos: el amperio es la cantidad de electricidad que deposita 0,001118 gramos de plata por segundo en uno de los electrodos si se hace pasar a través de una solución de nitrato de plata; el voltio es la fuerza electromotriz necesaria para producir una corriente de 1 amperio a través de una resistencia de 1 ohmio, que a su vez se define como la resistencia eléctrica de una columna de mercurio de 106,3 cm de altura y 1 mm2 de sección transversal a una temperatura de 0 ºC. El voltio también se define a partir de una pila voltaica patrón, la denominada pila de Weston, con polos de amalgama de cadmio y sulfato de mercurio (I) y un electrólito de sulfato de cadmio. El voltio se define como 0,98203 veces el potencial de esta pila patrón a 20 ºC.

En todas las unidades eléctricas prácticas se emplean los prefijos convencionales del sistema métrico para indicar fracciones y múltiplos de las unidades básicas. Por ejemplo, un microamperio es una millonésima de amperio, un milivoltio es una milésima de voltio y 1 megaohmio es un millón de ohmios.

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Resistencia, capacidad e inductancia

Todos los componentes de un circuito eléctrico exhiben en mayor o menor medida una cierta resistencia, capacidad e inductancia. La unidad de resistencia comúnmente usada es el ohmio, que es la resistencia de un conductor en el que una diferencia de potencial de 1 voltio produce una corriente de 1 amperio. La capacidad de un condensador se mide en faradios: un condensador de 1 faradio tiene una diferencia de potencial entre sus placas de 1 voltio cuando éstas presentan una carga de 1 culombio. La unidad de inductancia es el henrio. Una bobina tiene una autoinductancia de 1 henrio cuando un cambio de 1 amperio/segundo en la corriente eléctrica que fluye a través de ella provoca una fuerza electromotriz opuesta de 1 voltio. Un transformador, o dos circuitos cualesquiera magnéticamente acoplados, tienen una inductancia mutua de 1 henrio cuando un cambio de 1 amperio por segundo en la corriente del circuito primario induce una tensión de 1 voltio en el circuito secundario.

Dado que todas las formas de la materia presentan una o más características eléctricas es posible tomar mediciones eléctricas de un número ilimitado de fuentes.

Mecanismos básicos de los medidores

Por su propia naturaleza, los valores eléctricos no pueden medirse por observación directa. Por ello se utiliza alguna propiedad de la electricidad para producir una fuerza física susceptible de ser detectada y medida. Por ejemplo, en el galvanómetro, el instrumento de medida inventado hace más tiempo, la fuerza que se produce entre un campo magnético y una bobina inclinada por la que pasa una corriente produce una desviación de la bobina. Dado que la desviación es proporcional a la intensidad de la corriente se utiliza una escala calibrada para medir la corriente eléctrica. La acción electromagnética entre corrientes, la fuerza entre cargas eléctricas y el calentamiento causado por una resistencia conductora son algunos de los métodos utilizados para obtener mediciones eléctricas analógicas.

Calibración de los medidores

Para garantizar la uniformidad y la precisión de las medidas los medidores eléctricos se calibran conforme a los patrones de medida aceptados para una determinada unidad eléctrica, como el ohmio, el amperio, el voltio o el vatio.

Patrones principales y medidas absolutas

Los patrones principales del ohmio y el amperio de basan en definiciones de estas unidades aceptadas en el ámbito internacional y basadas en la masa, el tamaño del conductor y el tiempo. Las técnicas de medición que utilizan estas unidades básicas son precisas y reproducibles. Por ejemplo, las medidas absolutas de amperios implican la utilización de una especie de balanza que mide la fuerza que se produce entre un conjunto de bobinas fijas y una bobina móvil. Estas mediciones absolutas de intensidad de corriente y diferencia de potencial tienen su aplicación principal en el laboratorio, mientras que en la mayoría de los casos se utilizan medidas relativas. Todos los medidores que se describen en los párrafos siguientes permiten hacer lecturas relativas.

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MEDICION DE CORRIENTE

Galvanómetros

Los galvanómetros son los instrumentos principales en la detección y medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del galvanómetro está diseñado de forma que un imán permanente o un electroimán produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil puede ser el imán o la bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente. Este elemento móvil puede contar con un puntero o algún otro dispositivo que permita leer en un dial el grado de inclinación.

El galvanómetro de inclinación de D'Arsonval utiliza un pequeño espejo unido a una bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial situado a una distancia aproximada de un metro. Este sistema tiene menos inercia y fricción que el puntero, lo que permite mayor precisión. Este instrumento debe su nombre al biólogo y físico francés Jacques D'Arsonval, que también hizo algunos experimentos con el equivalente mecánico del calor y con la corriente oscilante de alta frecuencia y alto amperaje (corriente D'Arsonval) utilizada en el tratamiento de algunas enfermedades, como la artritis. Este tratamiento, llamado diatermia, consiste en calentar una parte del cuerpo haciendo pasar una corriente de alta frecuencia entre dos electrodos colocados sobre la piel. Cuando se añade al galvanómetro una escala graduada y una calibración adecuada, se obtiene un amperímetro, instrumento que lee la corriente eléctrica en amperios. D'Arsonval es el responsable de la invención del amperímetro de corriente continua.

Sólo puede pasar una cantidad pequeña de corriente por el fino hilo de la bobina de un galvanómetro. Si hay que medir corrientes mayores, se acopla una derivación de baja resistencia a los terminales del medidor. La mayoría de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, pero la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad el galvanómetro se emplea para medir corrientes de varios cientos de amperios.

Los galvanómetros tienen denominaciones distintas según la magnitud de la corriente que pueden medir.

Microamperímetros

Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.

Los galvanómetros convencionales no pueden utilizarse para medir corrientes alternas, porque las oscilaciones de la corriente producirían una inclinación en las dos direcciones.

Electrodinamómetros

Sin embargo, una variante del galvanómetro, llamado electrodinamómetro, puede utilizarse para medir corrientes alternas mediante una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierte en el mismo momento, la inclinación de la bobina móvil

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tiene lugar siempre en el mismo sentido, produciéndose una medición constante de la corriente. Los medidores de este tipo sirven también para medir corrientes continuas.

Medidores de aleta de hierro

Otro tipo de medidor electromagnético es el medidor de aleta de hierro o de hierro dulce. Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce, una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una bobina cilíndrica y larga por la que pasa la corriente que se quiere medir. La corriente induce una fuerza magnética en las dos aletas, provocando la misma inclinación, con independencia de la dirección de la corriente. La cantidad de corriente se determina midiendo el grado de inclinación de la aleta móvil.

Medidores de termopar

Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan medidores que dependen del efecto calorífico de la corriente. En los medidores de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unión de termopar. La electricidad generada por el termopar se mide con un galvanómetro convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por un hilo fino que se calienta y se estira. El hilo está unido mecánicamente a un puntero móvil que se desplaza por una escala calibrada con valores de corriente.

MEDICION DE VOLTAJE

El instrumento más utilizado para medir la diferencia de potencial (el voltaje) es un galvanómetro que cuenta con una gran resistencia unida a la bobina. Cuando se conecta un medidor de este tipo a una batería o a dos puntos de un circuito eléctrico con diferentes potenciales pasa una cantidad reducida de corriente (limitada por la resistencia en serie) a través del medidor. La corriente es proporcional al voltaje, que puede medirse si el galvanómetro se calibra para ello. Cuando se usa el tipo adecuado de resistencias en serie un galvanómetro sirve para medir niveles muy distintos de voltajes. El instrumento más preciso para medir el voltaje, la resistencia o la corriente continua es el potenciómetro, que indica una fuerza electromotriz no valorada al compararla con un valor conocido.

Para medir voltajes de corriente alterna se utilizan medidores de alterna con alta resistencia interior, o medidores similares con una fuerte resistencia en serie.

Los demás métodos de medición del voltaje utilizan tubos de vacío y circuitos electrónicos y resultan muy útiles para hacer mediciones a altas frecuencias. Un dispositivo de este tipo es el voltímetro de tubo de vacío. En la forma más simple de este tipo de voltímetro se rectifica una corriente alterna en un tubo de diodo y se mide la corriente rectificada con un galvanómetro convencional. Otros voltímetros de este tipo utilizan las características amplificadoras de los tubos de vacío para medir voltajes muy bajos. El osciloscopio de rayos catódicos se usa también para hacer mediciones de voltaje, ya que la inclinación del haz de electrones es proporcional al voltaje aplicado a las placas o electrodos del tubo.

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OTROS TIPOS DE MEDICIONES

Puente de Wheatstone

Las mediciones más precisas de la resistencia se obtienen con un circuito llamado puente de Wheatstone, en honor del físico británico Charles Wheatstone. Este circuito consiste en tres resistencias conocidas y una resistencia desconocida, conectadas entre sí en forma de diamante. Se aplica una corriente continua a través de dos puntos opuestos del diamante y se conecta un galvanómetro a los otros dos puntos. Cuando todas las resistencias se nivelan, las corrientes que fluyen por los dos brazos del circuito se igualan, lo que elimina el flujo de corriente por el galvanómetro. Variando el valor de una de las resistencias conocidas, el puente puede ajustarse a cualquier valor de la resistencia desconocida, que se calcula a partir los valores de las otras resistencias. Se utilizan puentes de este tipo para medir la inductancia y la capacitancia de los componentes de circuitos. Para ello se sustituyen las resistencias por inductancias y capacitancias conocidas. Los puentes de este tipo suelen denominarse puentes de corriente alterna, porque se utilizan fuentes de corriente alterna en lugar de corriente continua. A menudo los puentes se nivelan con un timbre en lugar de un galvanómetro, que cuando el puente no está nivelado, emite un sonido que corresponde a la frecuencia de la fuente de corriente alterna; cuando se ha nivelado no se escucha ningún tono.

Vatímetros

La potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con un vatímetro, un instrumento parecido al electrodinamómetro. El vatímetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que toda la corriente del circuito la atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La inclinación resultante de la bobina móvil depende tanto de la corriente como del voltaje y puede calibrarse directamente en vatios, ya que la potencia es el producto del voltaje y la corriente.

Contadores de servicio

El medidor de vatios por hora, también llamado contador de servicio, es un dispositivo que mide la energía total consumida en un circuito eléctrico doméstico. Es parecido al vatímetro, pero se diferencia de éste en que la bobina móvil se reemplaza por un rotor. El rotor, controlado por un regulador magnético, gira a una velocidad proporcional a la cantidad de potencia consumida. El eje del rotor está conectado con engranajes a un conjunto de indicadores que registran el consumo total.

Sensibilidad de los instrumentos

La sensibilidad de un instrumento se determina por la intensidad de corriente necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala. El grado de sensibilidad se expresa de dos maneras, según se trate de un amperímetro o de un voltímetro.

En el primer caso, la sensibilidad del instrumento se indica por el número de amperios, miliamperios o microamperios que deben fluir por la bobina para producir una desviación completa. Así, un instrumento que tiene una sensibilidad de 1 miliamperio, requiere un miliamperio para producir dicha desviación, etcétera.

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En el caso de un voltímetro, la sensibilidad se expresa de acuerdo con el número de ohmios por voltio, es decir, la resistencia del instrumento. Para que un voltímetro sea preciso, debe tomar una corriente insignificante del circuito y esto se obtiene mediante alta resistencia.

El número de ohmios por voltio de un voltímetro se obtiene dividiendo la resistencia total del instrumento entre el voltaje máximo que puede medirse. Por ejemplo, un instrumento con una resistencia interna de 300000 ohmios y una escala para un máximo de 300 voltios, tendrá una sensibilidad de 1000 ohmios por voltio. Para trabajo general, los voltímetros deben tener cuando menos 1000 ohmios por voltio.

3) EQUIPOS A INSPECCIONAR (INSTRUMENTACIÓN)

3.1 Multímetros analógicos y digitales.

Este instrumento de medición muy conocido como VOM (Voltios, Ohmios, Miliamperímetro), aunque en la actualidad hay multímetros con capacidad de medir muchas otras magnitudes. (capacitancia, frecuencia, temperatura, etc.).Este instrumento de medida por su precio y su exactitud sigue siendo el preferido del aficionado o profesional en electrónica.Existen otros instrumentos como el osciloscopio que tiene un precio más alto.

Los multímetros analógicos

Son fáciles de identificar por una aguja que al moverse sobre una escala indica del valor de la magnitud medida.

Multímetro analógico

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Los multímetros digitales

Se identifican principalmente por un panel numérico para leer los valores medidos, la ausencia de la escala que es común el los multímetros analógicos. Lo que si tienen es un selector de función y un selector de escala (algunos no tienen selector de escala pues el VOM la determina automáticamente). Algunos tienen un solo selector central. El selector de funciones sirve para escoger el tipo de medida que se realizará. El selector de rangos sirve para establecer máxima que se podrá visualizar (Si no se tiene una idea de la magnitud a medir empezar por el rango más grande).

Multímetro Digital

3.2 Voltímetros, amperímetros, miliamperímetros y microamperimetros.

VoltímetroAparato utilizado para medir, directa o indirectamente, diferencias de potencial eléctrico. Esencialmente, un voltímetro está constituido por un galvanómetro sensible que se conecta en serie con una resistencia adicional de valor elevado. Para que en el proceso de medida no se altere la diferencia de potencial, es conveniente que el aparato consuma la menor cantidad posible de corriente; esto se consigue en el voltímetro electrónico, que consta de un circuito electrónico formado por un adaptador de impedancia.

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Amperímetro

Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.

Los amperímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en amperios.

El aparato descrito corresponde al diseño original, ya que en la actualidad los amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la medida de la caída de tensión sobre un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los cálculos para presentar en un display numérico el valor de la corriente circulante.

Amperimetro

Amperímetro

Miliamperímetro

Es un instrumento para medir corriente eléctrica, es decir un amperímetro, simplemente que sus escalas están en el orden de los miliamperes (1 miliampere = 0.001 ampere).

Microamperimetros

Es un instrumento para medir corriente eléctrica, es decir un amperímetro, simplemente que sus escalas están en el orden de los microamperes (1 microampere = 0.000001 ampere).

3.3 WatimetrosEl vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial». Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella. El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflección de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación W=VA o P=EI. En un circuito de

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corriente alterna la deflección es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y posiblemente (dependiendo de las características de cargo) mostrando una lectura diferente a la obtenida multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por un voltímetro y un amperímetro independientes en el mismo circuito. Los dos circuitos de un vatímetro son propensos a resultar dañados por una corriente excesiva. Tanto los amperímetros como los voltímetros son vulnerables al recalentamiento: en caso de una sobrecarga, sus agujas pueden quedar fuera de escala; pero en un vatímetro el circuito de corriente, el de potencial o ambos pueden recalentarse sin que la aguja alcance el extremo de la escala. Esto se debe a que su posición depende del factor de potencia, el voltaje y la corriente. Así, un circuito con un factor de potencia bajo dará una lectura baja en el vatímetro, incluso aunque ambos de sus circuitos esté cargados al borde de su límite de seguridad. Por tanto, un vatímetro no sólo se clasifica en vatios, sino también en voltios y amperios.

Watímetro

3.4 Osciloscopios analógicos y digitales

Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.

Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.

Osciloscopio analógico

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La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

Representación esquemática de un osciloscopio.

En la Figura se puede ver una representación esquemática de un osciloscopio con indicación de las etapas mínimas fundamentales. El funcionamiento es el siguiente:

En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el ánodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones.

Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación, tiene lugar una desviación del haz de electrones debido al campo eléctrico creado por la tensión aplicada. De este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia de señal en las placas de desviación vertical, dibuje una línea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del rayo.

Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la señal a medir (a través del amplificador de ganancia ajustable) el haz, además de moverse de izquierda a derecha, se moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la señal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada.

Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relación entre estas divisiones y el período del diente de sierra en

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lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Con ello a cada división horizontal corresponderá un tiempo concreto, del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. De esta forma en caso de señales periódicas se puede determinar tanto su período como su amplitud.

El margen de escalas típico, que varía de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos, hace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran variedad de señales.

Osciloscopio digital

En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD.

En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo.

Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales.

Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes:

Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz.

Medida de flancos de la señal y otros intervalos. Captura de transitorios. Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal.

Osciloscopio Digital

3.5 Generadores de señales

Un generador de señales es un instrumento que proporciona señales eléctricas. En concreto, se utiliza para obtener señales periódicas (la tensión varía periódicamente

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en el tiempo) controlando su periodo (tiempo en que se realiza una oscilación completa) y su amplitud (máximo valor que toma la tensión de la señal).Típicamente, genera señales de forma cuadrada, triangular y la sinusoidal, que es la más usada. Sus mandos de control más importantes son:-Selector de forma de onda (cuadrada, triangular o sinusoidal) (Fig. 1, nº 1).-Selector de rango de frecuencias (botones) y de ajuste continuo de éstas (mando rotatorio) (Fig. 1, nº 2). La lectura de la frecuencia en el mando rotatorio es tan sólo indicativa. La medida de tal magnitud debe realizarse siempre en el osciloscopio.-Mando selector de amplitud sin escala (Fig. 1, nº 3). La amplitud debe medirse en el osciloscopio.-Atenuador de 20 dB, que reduce en un factor 10 la amplitud de la señal generada (no en todas las fuentes). Este mando suele encontrarse en la parte trasera del generador.-Mando DC-offset, que permite ajustar el nivel de continua de la señal. Este mando suele encontrarse también en la parte trasera del generador.El generador presenta dos salidas con conectores tipo BNC: la salida de la señal (OUTPUT) (Fig. 1, nº 4) y otra salida que da una señal estándar llamada TTL (es una señal cuadrada de control) (Fig. 1, nº 5).

Generador de Señales

3.6 Contadores de frecuencia

El contador de frecuencia o frecuencímetro es un instrumento electrónico, utilizado para la medida de frecuencias. Dado que la frecuencia se define como el número de eventos de una clase particular ocurridos en un periodo de tiempo, es generalmente sencilla su medida.La mayoría de los contadores de frecuencia funciona simplemente mediante el uso de un contador que acumula el número de eventos. Después de un periodo predeterminado (por ejemplo, 1 segundo) el valor contado es transferido a un display numérico y el contador es puesto a cero, comenzando a acumular el siguiente periodo de muestra. El periodo de muestreo se denomina base de tiempo y debe ser calibrado con mucha precisión.Si el elemento a contar está ya en forma electrónica, todo lo que se requiere es un simple interfaz con el instrumento. En el caso de señales más complejas se puede necesitar algún tipo de acondicionamiento para hacerlas apropiadas para la cuenta.La mayoría de los contadores de frecuencia incluyen en su entrada algún tipo de amplificador, filtro o circuito conformador de señal.Otros tipos de eventos periódicos que no son de naturaleza puramente electrónica, necesitarán de algún tipo de transductor. Por ejemplo, un evento mecánico puede ser preparado para interrumpir un rayo de luz, y el contador hace la cuenta de los impulsos resultantes.Son también comunes los contadores diseñados para radiofrecuencia (RF), los cuales operan sobre los mismos principios que los contadores para más bajas frecuencias,

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pero suelen tener un mayor rango de medida para evitar su desbordamiento.Para muy altas frecuencias, muchos diseños suelen utilizar un dispositivo para bajar la frecuencia de la señal a un punto donde los circuitos digitales normales puedan operar. Los displays de estos instrumentos tienen esto en cuenta de tal forma que indican la lectura verdadera.La precisión de un contador de frecuencia depende en gran medida de la estabilidad de su base de tiempo. Con fines de instrumentación se utilizan generalmente osciladores controlados por cristal de cuarzo, en los que el cristal está encerrado en una cámara de temperatura controlada, conocida como horno del cristal.Cuando no se necesita conocer la frecuencia con tan alto grado de precisión se pueden utilizar osciladores más simples.También es posible la medida de frecuencia utilizando las mismas técnicas en software en un sistema embebido - una CPU por ejemplo, puede ser dispuesta para medir su propia frecuencia de operación siempre y cuando tenga alguna base de tiempo con que compararse.

Contador de frecuencia4) PROCEDIMIENTO

Examinar cada uno de los equipos y verificar sus características más resaltantes con relación a la seguridad

Determinar los rangos máximos y mínimos de mediciones en frecuencias voltaje corriente y potencia de los instrumentos de medición

Determinar los rangos máximos de la señal de salida de los generadores de señales: frecuencia, voltaje, corriente, impedancia

Generador de Señales Beckman industrial (modelo f62A)

a. Seguridad:

Asegurarse que la señal de entrada A.C. es la misma que la que aparece en la parte de atrás del equipo

Observar estrictamente el VCF de entrada limite como el de la línea de salida en la sección de especificaciones eléctricas

Usar solo en temperaturas entre 0ºC hasta 50ºC No colocar el instrumento encima de otros equipos con temperaturas altas No permitir que el agua ingrese en el instrumento No golpear el instrumento

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b. Funciones principales:

AtenuadorAl presionar este botón resulta en un arreglo de 20db de atenuación de la amplitud de la forma de salida

Control de frecuenciaPotenciómetro variable de frecuencia entre ciertos rangos. La escala del dial esta calibrada desde 0.2 hasta 2.0, el rango de frecuencia ahora es mas largo

Duty controlSimetría del tiempo de la onda de salida, tan bueno como los pulsos de salida de TTL, es controlado por el potenciómetro duty. Cuando este control esta en salida es aproximadamente 100% simétrico.

DC offset controlLa amplitud del offset no debe exceder el máximo de pico a pico de las especificaciones

c. Especificaciones eléctricas:

Rango de frecuencia:0.2MHz-2.0MHzPrecisión de frecuencia: a full escalaPoder de consumo: 15VAmax a 117VAcImpedancia de entrada: 1kΩ Amplitud: >10Vpp Impedancia salida: 10Ω Salida principal: >20Vpp (en ckto abierto)

Multímetro Fluke 175

No utilizar el multímetro cuando los conductores de prueba están dañados.

No aplicar una tensión superior a la tensión de referencia especificada

Ten cuidado al trabajar con tensiones superiores a 30 VCA, 42 0 60 V(rms); estas tensiones presentan riesgos de choque eléctrico.

Reemplazar las baterías cuando el multímetro lo indique pues podría mostrar falsas lecturas, pudiéndonos electrocutarnos.

No utilizar el multímetro cerca de gases explosivos.

RangosMínima Máxima

Frecuencia 2hz 99.99khzVoltaje Alterna 0.1mV 1000v

Voltaje Continua 1mv 1000vCorriente Alterna o continua

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mA 0.01mA 600mAA 0.01A 10A

Osciloscopio HITACHI (modelo V-422)

a. Seguridad :

No colocar el instrumento en extremo calor o frio. Como máximo 40ºC

No exponer a la luz solar por mucho tiempo

No usar el instrumento si ha estado en mucho frío o calor

No poner el aparato en lugares vibrantes

Usar fusible de 1 a 2 A según el rango de voltaje de AC de entrada

Mantenerlo alejado de elementos magnéticos No colocar cosas sobre el instrumento

b. Algunas funciones:

Cratícula internaCratícula interna CRT permite observar las señales de onda de manera muy fácil y sin hacer un error de paralaje

ALT MAGPermite observación simultánea de X1 y X10 señales de onda

ALT TRIGPermite observación de 2 señales a distintas frecuencias. La señal de cada canal se mantendrá estable

c. Especificaciones:

Impedancia de entrada: 33kΩVin maximo: 30VSistema de deflexión vertical: 2 canales idénticosAncho de banda: 40MHzTiempo de riso: 8.8nsFactor de deflexión: 5mv/div hasta 5v/div en 10 escalas calibradasPrecisión: Error adicional por magnificador: 2%Sensibilidad: 1mV/div

OSCILOSCOPIO DIGITAL TDS-210

Mediciones Electrónicas Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica

Características técnicas mas resaltanteso El producto esta conectado a tierra mediante un conducytor de conexión a

tierra del cable de alimentación, protege los dedos de descargas eléctricas.o Protección alrededor del cuerpo de la sonda, evita descargas eléctricas en

los dedos.o Para evitar descargas eléctricas al usar la sonda, se recomienda mantener

los dedos detrás de la protección del cuerpo de sonda.o Solo se deben utilizar cables de alimentación adecuados y especificados

únicamente para el modelo y para el país de destino.o No conectar o desconectar las sondas o los cables de prueba, cuando

estén conectados a la fuente de tebnsion.o No utilizar los productos, sin las cubiertas o paneles.o Se debe evitar tener contacto con los circuitos al descubierto.o No utilizar el producto si se sospechan fallos.o No utilizar el producto en ambientes explosivos.

Características generaleso Ancho de banda 100 MHz o 60 MHz con ancho de banda seleccionable de

20 MHz.o Velocidad de muestreo 1GS/s.o Pantalla LCD de alta resolución y alto contraste , con compensación de

temperatura y luz de fondo.o Alimentación por baterías o por red eléctrica.o Canales aislados indpendientes sin tierra común compartida.o Autoconfiguración.o Asistente de com probación de sondas.o Cursores con lectruras.o Transformada rápida de Fourier (FFT) matematica.o Se puede agregar con facilidad puertos de comunicacion RS-232, GPB y

CENTRONICS.o Interfaz de usuario en 10 idiomas diferentes.o Almacenamiento masivo extraíble.o Calculo de promedios y detección de picos de la forma de onda.

Contador de Frecuencias Textronix Modelo CMC251

Mediciones Electrónicas Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica

Para evitar choques eléctricos y peligros de incendio, no aplica voltaje fuera del rango especificado para la terminal.

Para evitar choques eléctricos debe ser conectado el conductor de tierra al punto específico de tierra.

Para evitar riesgos de choques eléctricos y peligros de incendios no opere este producto sin su cubierta o panales

removidos. Para evitar peligros de incendio, use fusibles del tipo y categorías específicas. No opere el producto en ambiente explosivo pues podría causar un incendio. Para evitar choques eléctricos, no opere este producto en lugares bajo

condiciones húmedas.

Rangos

Frecuencia Voltaje1hz a 100MHz Menor a 42 Vp

80Mhz a 1.3Ghz Menor a 1Vrms

El contador de frecuencia estudiado es de marca Tektronix modelo CMC251, el cual puede realizar las siguientes mediciones:

Mide frecuencias de hasta 1.3 GHz. Period measurements at rates up to 25 MHz Puede realizar el promedio del periodo de hasta 1000 eventos. Mide pulsos de hasta 0.25µseg.

WATTIMETRO ANALÓGICO MX91-3

Características técnicas más resaltantes

o Posición de operación, horizontal.o Rango de temperatura de

operación, climas tropicales y húmedos, lugares aislados o cerrados herméticamente; -10oC……+55oC

o Carcasa con pintura antiestática aislante.

Características de los rangos máximos y minimos de mediciones en frecuencia, voltaje, corriente y potencia.

Bando de AnchaDe 1 Hz a 100 Hz

Impedancia1MΩ paralelo por cada 40pF

Atenuación3V a 42V (alto)

50mv a 5V (bajo)

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o CIRCUITO CORRIENTE Rangos de corriente (IN) 0.5A – 1A / 1A – 5A / 2.5A – 5A / 5A – 10A. Sobrecarga del circuito de corriente (IN): 1.2*IN

Consumo de corriente máxima del circuito: 0.5 VA

o CIRCUITO DE VOLTAJE Rangos de voltaje (VN) AC / DC 12V – 24V – 48V – 120V – 240V –

480V

Sobrecarga del circuito de voltaje (VMAX): 1.2*IN

Consumo de corriente máxima del circuito de voltaje: en VN=3mA

o RANGO DE FRECUENCIAS: 40 - 60 – 400 Hz.

o TIEMPO DE RESPUESTA: 4 segundos.

WATTIMETRO DIGITAL DW-6080

Características técnicas más resaltantes

o Cubierta de plstico aislante anti-descargas eléctricas.o Clara señalización de las escalas, rangos y terminales de entrada.o Posicion de operación horizontal.o Uso para frecuencias menores a 30 MHz.o Uso en ambientes con humedad relativa de 80% y temperaturas de 0 –

50oC.

Características de los rangos máximos y minimos de mediciones en frecuencia, voltaje, corriente y potencia.

o POTENCIA AC:

Entrada de

corriente

Entrada de

voltaje Rango Precisión Resolución

Circuito de protección

de sobrecarga

Frecuencia

0 – 10 AC A

0 – 600 AC V

2000W6000W

1.5%

1.5%

1W10W

AC V: 600 AC V

AC A: 10 AC A

45Hz – 65 Hz

Mediciones Electrónicas Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica

o VOLTAJE AC:

Impedancia de entrada Rango Precisión Resolución

Circuito de protección de

sobrecarga Frecuencia

10 MΩ 200V600V

0.8%

0.8%

0.1V1V

AC V: 600 AC VDC V: 600 DC V

45Hz – 65 Hz

o VOLTAJE DC:

Impedancia de entrada Rango Precisión Resolución

Circuito de protección de

sobrecarga

1 MΩ 200V600V

0.8%

0.8%

0.1V1V

AC V: 600 AC VDC V: 600 DC

V

o CORRIENTE AC:

Rango Precisión ResoluciónCorriente de

máxima entrada Frecuencia

10 A

1% 10 mA 10 A 45Hz – 65 Hz

o CORRIENTE DC:

Rango Precisión ResoluciónCorriente de

máxima entrada

10 A

1% 10 mA 10 A

GENERADOR PHILIPS RF – Modelo PM 5324

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El generador de Señales de Alta Frecuencia, analizado en laboratorio es un generador marca Philips modelo PM5324, hecho en Alemania.

El generador AM-FM Philips produce señales de HF modulados y demodulados.Posee una escala lineal fácil de leer. Sus leds ubicados en la parte superior izquierda de la escala, cuando están encendidos nos indican el rango y la escala en la que se está trabajando.La Salida de Voltaje es electrónicamente estable y es continuamente ajustable; esto nos quiere decir que al momento de funcionar no habrá fluctuaciones de señal.

Características Técnicas:

Rango de Frecuencia.- Posee Nueve Rangos: (en Mhz)0,1 – 0,30,3 – 11,0 – 33 – 1010 – 30

30 – 80Señal de Barrido:

75 – 110 Mhz0.4 – 0.5 Mhz10.3 – 11.1 Mhz

Amplitud de la RFCon la perilla podemos seleccionarla de:0 – 5pV – 50pV – 0.5mV – 5mV – 50mV

Conectores BNC (Salida de HF)Atenuación 60 db; para frecuencias menores a 15 Mhz

Señal de Barrido

Anchos de Banda(Sweep Width) 3 Rangos:

75 – 110 MHz.4 – .5 MHz10.3 – 11.1 MHz

Posee un botón llamado: “AM, external” Con un conector BNC “LF in” para bajas frecuencias.3db – Band: 20 Hz – 20 KHz

Impedancia de entrada:Zi=10K

Error:Menor a 0.02%

Consumos de energía:11W, 13V.A.

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Observaciones: El equipo que revisamos, presentaba la “lámina” ubicada en la parte superior derecha, que tiene la función de Calibrador, se encontraba roto.Al momento de hacer las pruebas en el osciloscopio digital Tektronix; la señal de generador Philips se podía apreciar fielmente a la frecuencia que elegimos; pero tras un lapso de 5 minutos apreciamos una especie de “Distorsión”; por lo tanto no se mostraba la forma de onda tal como al inicio.

5) Conclusiones y recomendaciones

Antes de usar los equipos electrónicos habrá que leer sus características en el manual u hoja del fabricante para de esa manera darle un uso correcto en el desempeño de nuestra labor.

Obtener los valores máximos y mínimos que entregue el equipo que utilizaremos.

Darle una correcta calibración a los materiales que usaremos para así obtener valores precisos.

Mantener en buenas condiciones las herramientas de trabajo. Evitar materiales o líquidos inflamables cerca de los equipos e instalaciones. Conservar distancia prudente de todo objeto elevado de tensión. Sólo las personas autorizadas deben reparar e instalar los equipos eléctricos. En caso de incendio eléctrico, está prohibido el uso de extintores a base de

agua.

Bibliografía http://www.coshnetwork.org/Spanish%20Genl%20Haz%20Aware%20Harvard.pdf http://www.acondicionamiento.com.ar/docs/Peligro%20de%20la%20electricidad.pd http://www.ruelsa.com/ruelsa.html http://prof.usb.ve/mmlozano/DOCS/ODA-formato.pdf http://www.unicrom.com/tutoriales.asp