Trabajo colaborativo 1

Por

Cristian Mauricio Mejía García1036928575

Instrumentación y Mediciones - 201455

Presentado a

Saulo Andrés Gómez Hernández

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNADCEAD Medellín

Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingenierías ECBTI 14-10-2012

INTRODUCCIÓN

Medir es una de las actividades primordiales para el ingeniero, consiste en comparar cuantitativamente una magnitud de valor desconocido con una determinada unidad de medida previamente establecida; esta operación se efectúa mediante un experimento físico. El procedimiento de medición puede llevarse a cabo por comparación directa con un objeto que contenga la unidad de medida ó, también, mediante un instrumento graduado previamente con los instrumentos patrones correspondientes, de tal manera que una escala indique el valor buscado. Un ejemplo de los métodos sería el de la determinación del peso de un cuerpo mediante una balanza clásica y utilizando pesas patrones ó empleando un dinamómetro con escala graduada.

En términos generales podemos considerar a un instrumento de medición como un dispositivo que proporciona, al experimentar, información sobre una o más variables físicas con mayor exactitud que el de los sentidos humanos. De ahí la importancia que tiene el hecho de conocer, las características del equipo de medición, pues esto permite extraer el máximo provecho de este equipo, así como lograr una aplicación adecuada en cada uno de los procesos de medición que se presenten.

En este trabajo estudiaremos uno de los dispositivos más útiles para detectar el paso de una corriente por un circuito: El galvanómetro de D'Arsonval. Ahora bien, debido a la poca capacidad de corriente de este instrumento, sólo lo podemos utilizar en su forma original en casos muy específicos, donde las corrientes que tengamos que medir sean muy pequeñas.

OBJETIVOS:

GENERALES

Aprender a manejar correctamente los instrumentos medidores de desplazamiento.

Determinar la exactitud que nos proporciona cada uno de ellos.

Emplear los conocimientos de Análisis Estadístico para obtener las características de una muestra de medidas. CIFICOS

ESPECIFICOS

Conocer funcionamiento del Galvanómetro de D’Arsonval

Implementar un amperímetro, voltímetro y ohmiómetro empleando galvanómetrode D’ Arsonval.

Realizar todos los cálculos teóricos de los diseños del voltímetro, Amperímetro y Ohmetro.

Desarrollar un informe donde se especifiquen los datos obtenidos tanto en la teoría como en la practica

MATERIAL REQUERIDO

Galvanómetro de d’arsonval2.

Fuente de poder3.

Protoboard4.

Resistencias varias5.

Multímetro digital

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1. Diseñar e implementar un amperímetro de DC con derivación de Ayrton, para escalas de corriente de 10 mA. 100 mA, 1 A. Empleando un galvanómetro de D’Arsonval.

La resistencia interna que utilizamos en el laboratorio fue de 286Ω y una corriente de deflexión de 8mA.

Para la escala de 1A:Ra+ Rb+ Rc están en paralelo con la bobina móvil de 286Ω. Dado que el movimiento necesita 8mA para la deflexión de escala completa, por lo que se requiere que circule una corriente de derivación igual a

I s=I−Im=10mA−8mA=2mA

R s=Ra+Rb+Rc=Rm ImI s

=286Ω∗8mA2mA

=286Ω∗4=1144Ω

Ecuación I

Para la escala de 10mA:Ra+ Rb están en paralelo con Rc+Rm (286Ω). En este caso habrá una corriente de 8mA a través de la bobina móvil y el resistor Rc en serie, así como 92mA a través de Ra+ Rb

I s=I−Im=100mA−8mA=92mA

R s=Ra+Rb=(Rc+R¿¿m)Im

I s=

(286Ω+Rc)∗8mA92mA

=(286Ω+Rc )∗2

23¿

Ecuación II

Para la escala de 100mA:Ra sirve como derivación y Rb+Rc están en serie con la bobina móvil. La corriente a través de ella es otra vez 8mA y en la derivación circulan los restantes 992mA. La ecuación anterior da

I s=I−Im=1000mA−8mA=992mA

R s=Ra=(Rc+R¿¿m+Rb)Im

I s=

(286Ω+Rc+Rb)∗8mA992mA

=(286Ω+Rc+Rb)

124¿

Ecuación III

Al resolver las tres ecuaciones simultáneamente (I), (II), (III) se obtiene:23∗( I ):23 Ra+23 Rb+23 Rc=26312Ω( II ) :23Ra+23 Rb−2 Rc=572Ω

Al restar (II) de (I) se obtiene25 Rc=25740ΩRc=1029.5Ω

Simultáneamente

124∗( I ) :124 Ra+124 Rb+124 Rc=141856Ω( III ) :124 Ra−Rb−Rc=286Ω

Al restar (III) de (I) se obtiene125 Rb+125 Rc=141570ΩRb+Rc=1132.5Ω

La sustitución del valor calculado de Rc en esta expresión da:Rb=1132.5Ω−1029.5ΩRb=103Ω

La sustitución de Rc y Rb en (I) da:

Ra+Rb+Rc=1144ΩRa=1144Ω— 1029.5Ω−103Ω

Ra=11.5Ω

Estos cálculos indican que para corrientes grandes los valores de las resistencias de derivación pueden ser muy pequeños.

2. Diseñe un voltímetro de cd multirrango empleando un galvanómetro de D’Arsonval son escalas de medición de voltaje: 0-10Vdc; 0-20Vdc; 0-50Vdc.

La resistencia interna que utilizamos en el laboratorio fue de 286Ω y una corriente de deflexión de 8mA.

Escala de 10V

RT=10V8mA

=1250Ω

R3=RT−Rm=1250Ω−286Ω=964Ω

Escala de 20V

RT=20V8mA

=2500Ω

R2=RT−(R¿¿3+R¿¿m)=2500Ω−964Ω−286Ω=1250Ω¿¿

Escala de 50V

RT=50V8mA

=6250Ω

R1=RT−(R2+R¿¿3+R¿¿m)=6250Ω−1250Ω−964Ω−286Ω=3750Ω¿¿3. Diseñe un ohmímetro empleando galvanómetro de D’Arsonval, realice

la medición de resistencias de 1K Ω, 3.3K Ω, 6.8K Ω, 10K Ω; compare los resultados de la medición con el valor obtenido al medirse con multimetro digital y con el código de colores.

El procedimiento de diseño básico para este instrumento es el siguiente: En primer lugar, supongamos que la batería tiene un valor dado (es una pila de las que podemos conseguir en el mercado), por lo que el valor que debemos determinar para fijar las condiciones del circuito es el de la resistencia R.

Tomamos a E como una fuente de voltaje DC de 3V, la corriente Im y la Resistencia Rison respectivamente la corriente de deflexión y la resistencia interna del galvanómetro

R= EIm

−Ri=3V8mA

−286Ω=1214Ω

R es la resistencia del óhmetro que vamos a utilizar para medir las resistencias.

Estos son los resultados obtenidos con las resistencias que teníamos en el laboratorio.

TABLA 1 R1 R2 R3 R4

1° Color Marrón Naranja Azul Marrón

2° Color Negro Naranja Gris Negro

3° Color Rojo Rojo Rojo Naranja

Valor cód. 1K Ω 3.3K Ω 6.8K Ω 10K Ω

tolerancia 5% 5% 5% 5%

Valor medido

998 3.29K 6.78K 9.98K

% error 0.215 0.0303 0.294 0.215

Valor Teórico Valor real120Ω 121,3Ω330Ω 332Ω1K Ω 1,013K Ω

5,1K Ω 4,9K Ω100K Ω 98K Ω270K Ω 263K Ω

CONCUSIONES

La mayoría de los amperímetros y voltímetros que se emplean en los laboratorios son galvanómetros modificados. Todos ellos funcionan basados en el mismo fundamento. En esencia, cuentan constan de un arrollamiento helicoidal o bobina, de hilo conductor suspendido en un campo magnético. Cuando la corriente pasa por el conductor la bobina experimenta una fuerza debido a la interacción de la corriente con el campo magnético, esta fuerza tiende a hacer girar la bobina, y el movimiento rotatorio de esta se usa como medida de la corriente que pasa por ella.

La importancia de los instrumentos de medida como el galvanómetro mediante el uso de ellos se mide e indican magnitudes eléctricas, como corriente, carga, potencial y energía, o las características eléctricas de los circuitos, como la resistencia, la capacidad, la capacitancia y la inductancia. Además que permiten localizar las causas de una operación defectuosa en aparato eléctrico en los cuales, como es bien sabido, no es posible apreciar su funcionamiento en una forma visual, como en el caso de un aparato mecánico.

Se obtuvo la capacidad de analizar cualitativa y cuantitativamente los procesosde medición, entendimiento y interpretación de las diferentes fuentes de erroren las mediciones.

Se comprendieron los diferentes bloques funcionales de losinstrumentos de medición usados en laboratorio de ingeniería electrónica ytelecomunicaciones.