INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Unidad Interdisciplinaria de Ingeniería y Tecnologías Avanzadas

UPIITA

PROFESORA

HERNANDEZ VARGAS BARBARA MITZY

ALUMNOS

AGUILAR RABIELA ISRAEL, BAEZ PEREZ LEONARDO, VARGAS ORDAZ ERICK

ASIGNATURA

METROLOGIA

TRABAJO

REPORTE TECNICO

“VOLTIMETRO DIGITAL”

GRUPO

4BV2

0

Contenido

Objetivo..............................................................................................2

Justificación........................................................................................2

Introducción.......................................................................................2

Desarrollo...........................................................................................3Material...........................................................................................3Ensamblaje......................................................................................3

Análisis de resultados.........................................................................6

Conclusiones......................................................................................6

Glosario..............................................................................................7

Bibliografías.......................................................................................7

Cálculos y anexos...............................................................................8

1

Objetivo

Diseñar un voltímetro digital a partir de un circuito electrónico utilizando el convertidor analógico-digital ICL7107, arreglos de resistencias y capacitores; y por ultimo, comprobar su efectividad en la práctica.

Justificación

A lo largo de la vida estudiantil y profesional de un ingeniero del área físico-matemático se utilizan distintas herramientas de medición las cuales le ayudan a realizar sus labores de una forma más sencilla, una de estas herramientas es el voltímetro digital, dispositivo electrónico que ayuda a medir voltajes. Un buen ingeniero debe saber el funcionamiento de las herramientas que utiliza, en este caso el voltímetro, por lo que en este trabajo se dará una breve explicación de su operación y su constitución a nivel electrónica.

Introducción

Dentro de la practica de la electrónica se encuentran distintos dispositivos que auxilian al ingeniero en sus labores profesionales o de estudio, estos dispositivos son una útil herramienta que optimiza el trabajo haciéndolo más eficiente. En la actualidad existen distintos tipos de herramientas a nivel electrónico, eléctrico y mecánico y cada una de ellas sirve para una tarea específica.

El voltímetro es una herramienta electrónica que sirve para medir diferencias de potencial en un circuito eléctrico o electrónico, en la ingeniería, dicho dispositivo es muy utilizado ya que proporciona datos importantes para los cálculos de un circuito.

Existen dos tipos de voltímetros: voltímetro digital y voltímetro analógico, el primero consta de un circuito electrónico el cual se conforma de dispositivos como resistencias, capacitores, convertidor analógicos-digital y pantalla; mientras el segundo consta de un galvanómetro de D’Arsonval.

Los primeros voltímetros se remontan al año de 1820 los cuales fueron descritos en la universidad de Halle un 16 de septiembre, en aquel entonces, se les conocía como galvanómetros: dispositivos con imanes, bobinas y agujas los cuales hacían funcionar el dispositivo. Hoy en día los voltímetros más utilizados son digitales lo cuales son más precisos y exactos.

FIGURA 1. Voltímetro digital y analógico respectivamente

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Desarrollo

Material A continuación se enlista el material y equipo a utilizarse dentro de este proyecto.

3 displays de siete segmentos de ánodo común 1 circuito integrado ICL7107 1 resistencia de 22 Kohms 2 resistencias de 100 ohms, 1 Kohm, 10 Kohms, 470 ohms, 1 Mohm, 100Kohms 8 resistencias de 150 ohms 1 potenciómetro de 25 Kohms y 10Kohms 1 capacitor de 100 pf, 0,047 uf, 0,22 uf 2 capacitores de 0,1uf 1 zócalo para circuito integrado de 40 pines 1 tablilla de prototipos (protoboard) 1 fuente de CD variable Cables, pinzas

Ensamblaje Para el ensamblaje del circuito se siguió el diagrama de la figura 2, el ICL 7104 opera con un voltaje de +5V en el pin 1 y de -5V en el pin26. La hoja de especificaciones del ICL 7107 se anexó al final del escrito.

FIGURA 2. Ensamblaje del circuito

El voltímetro a construir tendrá una escala de 0 a 10 volts en corriente directa y para ello se deben calcular las resistencias R1 y R2, los cálculos se anexaron al final del trabajo, los resultados se muestran en la tabla 1.

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Calculo de las resistencias:

Anelisemos el circuito.

El circuito tiene esos voltajes debijo a que el voltaje de la resistencia 1 debe ser de 200mV a plena escala, es decir al voltaje maximo que puede medir

Entonces encontremos una relacion de R1 y R2

Una opcion es por divisor de tension:

V R1=R 1

R 1+R 2V pleno

pero comoV R1=200 mV yV pleno=10 V

200 mV = R1R 1+R 2

10V

200 mV10V

= R 1R 1+R 2

150

= R 1R 1+R 2

( R 1+R 2 ) 150

=R 1

R 150

+ R 250

=R 1

R 250

=R 1−R 150

R 250

=R 1(1− 150 )

R 2=R 1(1− 150 )50

4

R 1

R 2

V o lt a je p le n o1 0 V

V o lt a je a p le n a e s c a la

2 0 0 m V

R 2=R 1(50−5050 )

R 2=R 1 (50−1 )

R 2=R 1 (49 )

∴R 2=49∗R1

Entonces para fines practicos tomamos a:

R 1=1k ΩR 2=49∗(1k Ω)≅ 50 k Ω

Resistencia Valor

R1 1 k Ω

R2 50 k Ω

TABLA 1. Valores de resistencias calculadas

NOTA: los valores de los componentes conectados al ICL7107, consideran la opción de que la señal analógica presente en las entradas INHI e INLO es de 200mv a escala plena.Para la conexión de los displays de siete segmentos a las salidas del ICL7107, se debe seguir la figura 3, conectándolos a los pines 2 al 18 del circuito integrado.

Los display de siete segmentos son de ánodo común, esto quiere decir que necesita una alimentación de +Vcc en el pin común y los demás pines son las salidas del convertidor analógico-digital. En la figura 4 se muestra la estructura de un display de siete segmentos.

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FIGURA 3. Conexión de displays FIGURA 4. Display de 7 segmentos de ánodo común

Para confirmar la plena conexión de los displays al convertidor analógico-digital, se colocaron +5V en el pin 37 (test) del ICL7107; con ello todos los displays se encendieron como lo muestra la figura 3. Después de esta acción se colocaron el pin 37 (test), el pin 30 (INLO) y el pin 31 (INHI) a tierra, con esto se calibró que en la entrada del voltímetro hay cero volts

Para calibrar la salida del voltímetro se ajustó el potenciómetro R4 con tal que el voltaje entre el pin 35 y 36 sea de 0,01V, con esto la lectura de los displays marco ceros.

R 4 (ajustada )=3.385 k Ω

Nota: obtamos por colocar en R4 un trimpot de 20 kΩ a 20 vueltas para tener una mejor presicion.

Para comprobar el funcionamiento del voltímetro digital diseñado, se conectó una fuente de CD variable desde -5V a +5V, incrementando en intervalos de 0,5V, los datos obtenidos se vaciaron en la tabla 2.

Multimetro Convencional

MultimetroDiseñado

Diferencia

1,495 1,490 0,0052,989 3 -0,0114,48 4,485 -0,0054,17 4,175 -0,0051,406 1,39 0,016

TABLA 2. Valores registrados con el voltímetro

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Error e incertidumbre del instrumento.

n Multimetro Convencional

MultimetroDiseñado

Diferencia xn−x=dn dn2

1 1,495 1,490 0,005 -0,0034 1,156 x10−5

2 2,989 3 -0,011 -0,0194 3,7636 x10−4

3 4,48 4,485 -0,005 -0,0134 1,7956 x10−4

4 4,17 4,175 -0,005 -0,0134 1,7956 x10−4

5 1,406 1,39 0,016 0,0076 5,776 x10−5

∑ |x|n

=¿0,042¿ ∑|dn|=¿0,0572¿ ∑|dn2|=¿8,048 x 10−4 ¿

Media arimetica.

x=∑ |x|n

=¿0,042¿

Desviacion promedio.

D=∑ |dn|n

=¿ 0,05725

=0,01144¿

Desviacion estandar.

σ=√∑ |dn2|

n−1=¿√ 8,048 x 10−4

4=0,01418¿

Error probable.

r=± (0.6745 ) σ

r=± (0.6745 )0,01418

r=± 9,56048 x 10−3

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Incertidumbre estandar.

V ( x )= 1

√nσ

V ( x )= 1

√n(0,01418 )

V ( x )=6,3414 x 10−3

Conclusiones

Como podemos ver, el diseño de nuestro voltimetro digital es casi muy exacto ya que tiene un error y una incertidumbre muy baja

Esto es gracias al valor correcto de las resistencias que obtuvimos

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Glosario

Bibliografías

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Cálculos y anexos

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