TRABAJO COLABORATIVO 2 INSTRUMENTACIN Y MEDICIONES

HAROL ANDRES MURCIA CALDERON CC: 1.110.473.039

PRESENTADO A: SAULO ANDRES

TUTOR

GRUPO. 201455_33

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA

CEAD IBAGUE, 20 DE ABRIL DE 2015

INTRODUCCIN EL presente trabajo se compone por 5 puntos que nos ayudara a conocer el funcionamiento de los puentes de medicin y sus aplicaciones.se conocer adems sobre el funcionamiento del puente Wheatstone, el puente de Wheststone que se emplea para medir resistencias entre 1 Ohmio a 1 Mohmio, el puente Kelvin se utiliza para medir resistencias menores de 1 Ohmio. El puente Schering se utiliza para medir capacitancias en circuitos en donde el ngulo de fase es cercano a 90. Y por ultimo el puente de Maxwell sirve para medir inductancias con bajo valor de Q y podramos decir que el puente de Hay sirve para medir inductancias con alto valor de Q.

OBJETIVOS

1. Lograr analizar los diferentes elementos que se utilizan par medir resistencias e inductancias

2. Lograr conocer los diferentes puentes de medicin y conocer sus caractersticas.

1. Disear e implementar Puente de Wheatstone; realice la medicin de resistencias de

100, 1K, 10K, 100K; compare los resultados de la medicin con el valor

obtenido al medirse con multmetro digital y con el cdigo de colores, analice las

principales fuente de error en la medicin.

PUENTE DE WHEATSTONE

El puente de Wheatstone es un instrumento de gran precisin que puede operar en corriente

continua o alterna y permite la medida tanto de resistencias hmicas como de sus

equivalentes en circuitos de comente alterna en los que existen otros elementos como

bobinas o condensadores (impedancias).

El puente de Wheatstone es un circuito inicialmente descrito en 1833 por Samuel Hunter

Christie (1784-1865), Pero fue el Sr. Charles Wheatestone quien le dio muchos usos cuando

lo descubri en 1843. Como resultado este circuito lleva su nombre.

FUNCIONAMIENTO

Para determinar el valor de una resistencia elctrica bastara con colocar entre sus extremos

una diferencia de potencial (V) y medir la intensidad que pasa por ella (I), pues de acuerdo

con la ley de Ohm, R=V/I. Sin embargo, a menudo la resistencia de un conductor no se

mantiene constante -variando, por ejemplo, con la temperatura y su medida precisa no es tan

fcil. Evidentemente, la sensibilidad del puente de Wheatstone depende de los elementos

que lo componen, pero es fcil que permita apreciar valores de resistencias con dcimas de

ohmio.

MEDICIN

Cuando el puente se encuentra en equilibrio: R1 = R2 y Rx = R3 de donde R1 / Rx = R2 / R3.

En este caso la diferencia de potencial (la tensin) es de cero "0" voltios entre los puntos A y

B, donde se ha colocado un ampermetro, que muestra que no pasa corriente entre los

puntos A y B (0 amperios). Cuando Rx = R3, VAB = 0 voltios y la corriente = 0 amperios. Si

no se conoce el valor de Rx, se debe equilibrar el puente variando el valor de R3. Cuando se

haya conseguido el equilibrio, Rx ser igual a R3 (Rx = R3). R3 debe ser una resistencia

variable con una cartula o medio para obtener valores muy precisos.

Esta ecuacin presenta una importancia extraordinaria para el puente

Esta figura esquematiza un puente de Wheatstone tradicional, el puente tiene cuatro ramas resistivas junto con la fuente (bateria) y un detector de cero, generalmente un galvanmetro u otro medidor sensible a la corriente.

Para el anlisis del puente vamos a considerar que todas las ramas estn formadas por elementos resistivos. Podremos conocer su forma de utilizacin a travs del anlisis del circuito.

Las corrientes circulantes se dibujan recorriendo la malla, tal como lo indican las corrientes de la figura.

de Wheatstone. De donde obtenemos:

Si tres de las resistencias tienen valores conocidos, la cuarta puede establecerse de la ecuacin anterior; de aqu, si R4 es una resistencia desconocida, su valor de Rx puede expresarse en trminos de las resistencias restantes:

Si tenemos que: R1 tiene un valor fijo de 70K, R2 = 30K y R3 toma los valores 100, 1k, 10k, 100k. Ahora tenemos que hallar todos los valores de RX para estos valores y que el puente quede en condicin de equilibrio procedemos a calcular los valores para cada uno de los puentes que se forman con la formula anteriormente mencionada para nuestro caso R4 = Rx. Para el primer valor: R4 = 100 . 3K entonces tenemos que: R4 = 42,8 7K

Para el segundo valor: R4 = 1000 . 3K entonces tenemos que: R4 = 428,5

R1

7K

R2

3K

R3

100

R4

42.8

mV

+127V19V

Como observamos I5 ser nula, independientemente de cual sea la tensin aplicada.

7K

Para el tercer valor: R4 = 10000 . 3K entonces tenemos que: R4 = 4285,7 7K

Para el cuarto valor: R4 = 100000 . 3K entonces tenemos que: R4 = 42857,1 7K

R1

7K

R2

3K

R3

100

R4

428.5

Volts

+0.13V19V

R1

7K

R2

3K

R3

100

R4

4285.7

Volts

+0.13V19V

2. Disear e implementar Puente de Kelvin; realice la medicin de resistencias de pequeo valor (inferior a 10); compare los resultados de la medicin con el valor obtenido al medirse con multmetro digital y con el cdigo de colores, analice las principales fuente de error en la medicin.

PUENTE KELVIN El puente Kelvin es una modificacin del puente Wheatstone y proporciona un gran incremento en la exactitud de las mediciones de las resistencias de bajo valor y por lo general inferiores a 1 .

R1

7K

R2

3K

R3

100

R4

42857.1

Volts

+0.13V19V

Ry representa la resistencia del alambre de conexin entre R3 y Rx. Existen dos posibles conexiones del galvanmetro, el punto m y el punto n.

Si se conecta el galvanmetro en el punto m, la resistencia de Ry se suma con Rx resultando una indicacin por arriba de Rx.

Cuando se conecta el galvanmetro en el punto n, la resistencia de Ry se suma con Rx dando as un valor de Rx menor que el que debera ser porque el valor real de R3 es ms alto que su valor nominal debido a la resistencia de Ry

Si el galvanmetro se conecta en el punto p, entre m y n, de tal forma que la razn de resistencia de n a p y de m a p iguale la razn de los resistores R1 y R2, entonces:

Ejemplo:

E = VR1 + VR2 E = I1R1 + I2R2 2,2 V = 10 mA (R1 + R2) R1 + R2 = 2,2 V = 220 10 mA Como el puente est en equilibrio entonces R1 = 110 y R2 = 110

Reemplazando en la formula Rx = 0,1

Ecuacin 1

Ecuacin 2

E = 2,2 V

IR1 = IR2 = 10mA

a = b = 100

R3 = 0,1

Ry = 0,001

3. Disear e implementar Puente Maxwell; realice la medicin de resistencias de 2 inductancias que posean un Q de bajo valor; (Q menor de 10).

PUENTE MAXWELL Dado un inductor real, el cual puede representarse mediante una inductancia ideal con una resistencia en serie (Lx, Rx), la configuracin del puente de Maxwell permite determinar el valor de dichos parmetros a partir de un conjunto de resistencias y un condensador, ubicados de la forma mostrada en la Figura.

La relacin existente entre los componentes cuando el puente est balanceado es la siguiente:

R2

110

R1

110

RX0.1

R30.1

B

100

A

100

RY

0.001

V1

2.2V

+88.8

V

El hecho de utilizar un capacitor como elemento patrn en lugar de un inductor tiene ciertas ventajas, ya que el primero es ms compacto, su campo elctrico externo es muy reducido y es mucho ms fcil de blindar para protegerlo de otros campos electromagnticos.

R2R3 (7)

R1

wR2R3C1 R2R3 R1 Un puente Maxwell con una fuente AC de 1 KHz, se utiliza para determinar la inductancia en serie con una resistencia de un inductor. En equilibrio los brazos del puente son AB con 2,0 F en paralelo con 10 K, BC con 200 , CD con el inductor y DA con 300 . C1 = 2,0 F R2 = 300 R1 = 10 K R3 = 200 Aplicando

Luego

4. Disear e implementar Puente Hay; realice la medicin de resistencias de 2 inductancias que posean un Q de valor alto; (Q mayor de 10).

PUENTE DE HAY

La configuracin de este tipo de puente para medir inductores reales, cuyo modelo circuital consta de una inductancia en serie con una resistencia es la mostrada en la Figura.

La ecuacin de balance para este puente es la siguiente:

la podemos separar

De donde: Un puente de Hay tiene una fuente Ac de frecuencia de 1 KHz y en equilibrio las ramas AB con 0,1 F en serie con 95 , CD con el inductor desconocido y AD con 500 . Siendo el factor Q el inductor dado para la siguiente ecuacin:

Por tanto se puede utilizar la ecuacin simplificada para el equilibrio :

5. Disear e implementar un Puente Shering, realice la medicin de 3 condensadores, compare su valor son el valor nominal y analice las fuentes de error en la medicin.

PUENTE SCHERING Se usa mucho para medir capacidad y el factor de potencia de los capacitores. Se lo puede considerar como una modificacin del puente de relacin de resistencias en la que la resistencia de perdida R4 del capacitor que se ensaya C4 se equilibra por el capacitor variable

C3 ms bien que con el patrn de capacidad C1. El Q del capacitor en ensayo queda determinado por la frecuencia y el valor de la capacidad C3 que se necesita para lograr el equilibrio. En consecuencia para una frecuencia dada ella escala del C3 puede calibrarse en valores de D =1/Q del capacitor ensayado. La precisin con que se mide D es muy buena aun cuando la magnitud sea pequea.

Si utilizamos las formulas y las reemplazamos tendremos las ecuaciones:

y

Un puente Schering tiene una fuente de AC de 10 KHz, en equilibrio las ramas tienen R1 = 1050 , C1 = 205 pF, C3 = 10 pF y R2 = 20 .

Utilizando las ecuacin es

CONCLUSIONES

Realizando este tipo de ejercicios, comprenderemos como podemos utilizar las diferentes herramientas que nos ensea este curso; interactuamos con las formas de aplicar el funcionamiento de los puentes que en el mdulo nos estn dando a conocer.

Comprendiendo el funcionamiento y aplicndolo en ejercicios prcticos y tericos,

miraremos como se componen estos elementos y cmo los podremos utilizar en prcticas posteriores, no solo en esta materia, si no en algunas similares o semejantes a la electrnica.

REFERENCIAS

Leguizamn, Gabriela Ins 2013. Gua actividad 10. Instrumentacin y Mediciones.

Universidad Nacional Abierta y Distancia. Colombia.

Leguizamn, Gabriela Ins 2013. Mdulo General. Universidad Nacional Abierta y

Distancia. Colombia.

www.google.com, 2013, Recuperado el 08 de noviembre de 2013: http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&cad=rja&ved=0CEoQFjAF&url=http%3A%2F%2Fprof.usb.ve%2Fmirodriguez%2FInstCap5.pdf&ei=VEqIUsGbNcqzkAfs64CIDw&usg=AFQjCNE9ESjA-4rbh9UL9PK9_HS5ohaStg&bvm=bv.56643336,d.eW0http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&cad=rja&ved=0CEoQFjAF&url=http%3A%2F%2Fprof.usb.ve%2Fmirodriguez%2FInstCap5.pdf&ei=VEqIUsGbNcqzkAfs64CIDw&usg=AFQjCNE9ESjA-4rbh9UL9PK9_HS5ohaStg&bvm=bv.56643336,d.eW0