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• Renatto Miguel RG

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I. OBJETIVOS  

Reconocer los principales instrumentos eléctricos utilizados en la instalación, mantenimiento y reparación de plantas instrumentos. Aprender el manejo y uso de los principales instrumentos.

II. IMPORTANCIA Los conocimientos realizados durante el desarrollo de una práctica de laboratorio, haciendo uso de instrumentos y equipos de laboratorio de circuitos eléctricos, constituyen una oportunidad única para familiarizarse con el manejo y procedimiento a seguir para su manipulación adecuada. Con el desarrollo de esta práctica podremos reconocer, describir y comprender el manejo de los equipos empleados en los trabajos de laboratorio de circuitos eléctricos y prácticas externas. También podremos identificar, clasificar, señalar los usos y funciones de cada uno de ellos.

III. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES    

Amperímetro Análogo de C.C (No empleado en la práctica) Voltímetro Análogo de C.C (No empleado en la práctica) Multitester análogo y digital (Empleado un multitester digital de marca: GOLD POWER – modelo: DT830L) Protoboard (No empleado en la práctica)

IV. PROCEDIMIENTO 1. AMPERÍMETROS Un amperímetro en términos generales, es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente), con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt". El amperímetro se utiliza para medir la intensidad de las corrientes eléctricas. Disponiendo de una gama de resistencias shunt, se puede disponer de un amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico. 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 en 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 eléctrica circulante.

a) ¿Cómo funciona un amperímetro? Lo que se logra con el amperímetro, es que la mayor parte de la corriente pase por la resistencia del shunt, pero que la pequeña cantidad que fluye por el medidor siga siendo proporcional a la intensidad total. El amperímetro debe su nombre al amperio (A), que es la unidad de medida que utiliza. Cuando las corrientes eléctricas a medir se encuentran por debajo de 1 amperio estos instrumentos reciben el nombre de mili, micro, nano o pico-amperímetros, dependiendo de la magnitud involucrada. El funcionamiento del amperímetro se basa en un principio del electromagnetismo que en su forma más simple nos indica que cualquier corriente eléctrica que atraviesa un hilo conductor produce un campo magnético alrededor del mismo, cuya fuerza depende de la intensidad de la corriente que circula. El amperímetro se instala siempre en serie con el elemento cuya intensidad se desea conocer. Al estar en serie con el circuito eléctrico es necesario, para que su influencia sea mínima, que su caída de tensión interna sea muy pequeña, por lo que su resistencia será también muy pequeña.

b) ¿Cómo se usa el amperímetro? Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperímetro, por lo que éste debe colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. El amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible con la finalidad de evitar una caída de tensión apreciable (al ser muy pequeña permitirá un mayor paso de electrones para su correcta medida). Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, están dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras. En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que podrían soportar los delicados devanados y órganos mecánicos del aparato sin dañarse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por éste una fracción de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt. Aunque la mayor parte de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la intensidad total por lo que el galvanómetro se puede emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios. La pinza amperimétrica es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la intensidad de la corriente.

En la figura se muestra la conexión de un amperímetro (A) en un circuito, por el que circula una corriente de intensidad (I), así como la conexión del resistor shunt (RS). El valor de RS se calcula en función del poder multiplicador (n) que se quiere obtener y de la resistencia interna del amperímetro (RA) según la fórmula siguiente:

𝑅𝑆 =

𝑅𝐴 𝑛−1

Así, supongamos que se dispone de un amperímetro con 5 Ω de resistencia interna que puede medir un máximo de 1 A (lectura a fondo de escala). Si se desea que pueda medir hasta 10 A, lo que implica un poder multiplicador de 10. La resistencia RS del shunt deberá ser:

𝑅𝑆 =

5 = 0.555𝛺 9

c) Tipos de Amperímetros AMPERÍMETROS ANALÓGICOS El fundamento anteriormente expuesto ha sido el origen de los primeros amperímetros analógicos, de amplio uso aún en la actualidad, que miden y presentan el valor de la corriente por medio de una aguja que se ubica en el número o la fracción del valor presentado en un panel de indicación. Dentro de los amperímetros analógicos distinguimos dos grupos que difieren en el mecanismo que provoca el movimiento de la aguja indicadora:

 Amperímetros electromecánicos  Amperímetros térmicos Si bien los amperímetros térmicos han caído prácticamente en desuso, los electromecánicos representan un subgrupo numeroso que incluye varios tipos de amperímetros. Veamos esto con más detalle.

 AMPERÍMETROS ELECTROMECÁNICOS En términos generales, estos dispositivos se basan en la interacción mecánica entre corrientes, entre una corriente y un campo magnético o entre conductores electrificados. Están compuestos esencialmente de un órgano fijo y de un órgano móvil unido a una aguja que indica el valor de la magnitud a medir sobre una escala. El movimiento es de rotación y está

originado por una cupla motriz que es función del parámetro a medir. Este movimiento es contrarrestado por un par antagónico y para evitar oscilaciones se dota a la parte móvil de algún dispositivo de amortiguamiento. El valor de la corriente de entrada está dado, por lo tanto, por la lectura del desplazamiento de la aguja sobre una escala graduada. Como todo dispositivo electromecánico, este tipo de amperímetros es voluminoso y está sujeto no sólo al desgaste de sus componentes, sino también al error de lectura. Sin embargo, la lectura es rápida y por lo tanto son útiles como elementos medidores fijos en tableros. Entre los amperímetros siguientes:

electromecánicos podemos

mencionar

los

a. Amperímetros magnetoeléctricos o de cuadro/bobina móvil Constan de un imán permanente fijo y un cuadro o bobina móvil que gira bajo el efecto de la fuerza de Ampére cuando circula corriente por el mismo. La espiral en el eje del cuadro tiende a impedir la rotación del cuadro. Cuanto mayor sea la corriente que atraviesa el cuadro mayor será el ángulo que éste gira. El cuadro está unido a una aguja cuyo extremo se traslada por una escala. Los instrumentos magnetoeléctricos se distinguen por una gran precisión y tienen una alta sensibilidad, pero funcionan únicamente en circuitos de corriente continua (CC). b. Amperímetros electromagnéticos o de imán móvil Estos instrumentos constan de una aguja unida a un imán alojado en el interior de una bobina. Cuando la corriente circula por esta última, se produce un campo magnético que, dependiendo de su sentido, produce una atracción o repulsión del imán que es proporcional a la intensidad de dicha corriente. c. Amperímetros ferromagnéticos o de hierro móvil Consisten en una bobina fija, en cuyo interior va alojada y soldada una lámina curvada de hierro dulce. La parte móvil es una segunda lámina de hierro dulce, que va unida al eje de acero de la aguja indicadora. Cuando circula corriente por la bobina, ambas láminas de hierro se transforman en imanes por el efecto magnético de la corriente y se repelen mutuamente, obteniéndose una fuerza proporcional a la intensidad de la corriente. La magnitud de la fuerza de repulsión y, por consiguiente la amplitud del movimiento de la aguja, dependen de la cantidad de corriente que circula por la bobina. Estos aparatos tienen la ventaja de servir tanto para corriente continua (CC) como alterna (CA).

d. Amperímetros electrodinámicos Constan de dos bobinas, una fija y otra móvil que producen campos magnéticos, cada una de las cuales porta una corriente que es función de la corriente a medir. La reacción entre los campos de la bobina fija y la bobina móvil proporciona el torque deflectante del sistema móvil, que es compensado por resortes espiral que también se emplean para llevar la corriente a la bobina móvil. Se utilizan principalmente con corriente alterna (CA), pero también sirven para corriente continua (CC). La apariencia de todos los amperímetros que hemos visto hasta ahora es similar, como lo muestran las siguientes imágenes.

Pero existe una simbología impresa en una esquina del visor de cada instrumento que permite diferenciar, por ejemplo, un amperímetro de hierro móvil de uno electrodinámico uno que funciona para CC de otro que lo hace tanto en CC como CA, etc. En próximas entregas abordaremos con más detalle la simbología utilizada en los aparatos de medidas eléctricas. 

AMPERÍMETROS TÉRMICOS

Estos instrumentos se basan en el principio de que todos los conductores se dilatan cuando se calientan. Esta dilatación es proporcional al calor y, de acuerdo con la ley de Joule, el calor es proporcional al cuadrado de la corriente, independientemente del sentido de la corriente y la naturaleza de esta, por lo que estos amperímetros sirven para corriente alterna o continua. La corriente atraviesa una resistencia, que se calienta a medida que la corriente pasa y está en contacto con un par termoeléctrico, que está conectado a un galvanómetro. Este método indirecto es utilizado fundamentalmente para medir CA de alta frecuencia. La ventaja de los amperímetros térmicos es que no se ven afectados por los campos magnéticos externos. Sin embargo, el elevado consumo necesario para calentar el conductor que experimentará la dilatación por la corriente que circula por el mismo y el elevado costo de estos aparatos hacen que sean poco usados.

AMPERÍMETROS DIGITALES Los adelantos tecnológicos han impuesto en el mercado los instrumentos de medición digital, de gran versatilidad y desempeño. Con los instrumentos digitales se eliminan los errores de lectura, ya que las mediciones se visualizan en una pantalla a través de un número y como las partes mecánicas móviles se han sustituido por circuitos electrónicos, también se minimiza el desgaste. La calidad de un instrumento digital estará sujeta, por tanto, a la calidad de los circuitos empleados. En el caso de los amperímetros digitales, se obtienen mediciones exactas de la intensidad tanto para corriente continua como alterna con escalas seleccionables según el modelo. AMPERÍMETRO DIGITAL – TÉRMICO

Hoy en día la tecnología digital no solamente ha proporcionado mediciones directas más confiables a través de instrumentos instalados de forma permanente, sino que también ha posibilitado la pronta aceptación de instrumentos portátiles. Dos de los instrumentos portátiles para mediciones eléctricas más difundidos son el multímetro y la pinza amperométrica. Ambos están disponibles en el mercado en sus versiones analógica y digital, aunque esta última es la que se ha impuesto mayormente. Tanto el multímetro como la manera de utilizarlo ya han sido descritos en DMYH, por lo que vamos a ocuparnos brevemente de la pinza amperométrica. PINZAS AMPEROMÉTRICAS Este es un tipo de amperímetro (también conocido como amperímetro tenaza o de gancho, por su forma) muy útil porque mide instantáneamente la intensidad de la corriente alterna o continua sin abrir o interrumpir el circuito. La pinza amperométrica es accionada enteramente por el campo magnético creado por la corriente y al no tener arrollamientos eléctricos no puede quemarse. Las tenazas se abren por una moderada presión de un dedo sobre el gatillo y se cierran automáticamente, por lo que requieren solamente una mano. Pueden medir tanto en corriente alterna como continua.

De hecho, las pinzas amperométricas también han evolucionado en multímetros, sin embargo, su uso como amperímetro es sumamente amplio en el campo de la electricidad en general, inclusive en la industria automotriz. Los videos que siguen muestran en detalle el uso de una pinza amperométrica.

2. VOLTÍMETROS Un voltímetro es un instrumento de medición que se utiliza para medir la diferencia de potencial eléctrico, también conocido como voltaje, entre dos puntos en una corriente eléctrica. El voltaje se conoce como la energía potencial eléctrica por unidad de carga, es responsable de la conducción de una corriente de un electrón a otro electrón. Se mide la cantidad de carga eléctrica positiva a medida que entre un punto dentro de un circuito eléctrico y luego mide la entrada negativa a medida que pasa a través de otro punto. En términos técnicos, los voltímetros son considerados como amperímetros, esto es porque miden la corriente eléctrica en lugar de la tensión. El voltaje solamente se mide cuando la corriente eléctrica se transmite en el circuito eléctrico a través de la resistencia. Los voltímetros originalmente eran galvanómetros, también se le conocen como multímetros porque también miden la resistencia y la corriente.

a) ¿Partes, funciones y funcionamientos de un voltímetro? Partes: Un voltímetro tiene tres partes que usted necesita saber antes de que puedas utilizarlo:   

Terminal de entrada positivo (normalmente color rojo). Terminal de entrada negativo (generalmente color negro). Muestra, donde puedes encontrar los resultados de la medición: Si es analógico tendrás que leer los resultados de una escala. Si es digital, los resultados se mostrarán como una lectura en una pantalla LCD o LED.

Funciones: La mayoría de voltímetros tienen al menos estas funciones:       

Mediciones y ensayos precisos para una variedad de aparatos electrónicos. Mide los voltajes. Mide la corriente continua. Mide la continuidad. Mide la resistencia. Mide los transistores. Prueba la batería.

Funcionamiento: Ya vimos las partes que conforman un voltímetro, entonces un buen ejemplo para demostrar cómo se utiliza es cuando tratas de determinar la cantidad de carga restante en una batería. Dos cables se utilizan: un cable (el color rojo) está conectado desde el terminal positivo del voltímetro, al extremo positivo de la batería. El otro cable (el color negro) se conecta desde el terminal negativo en el voltímetro hasta el punto negativo de la batería. Poner el medidor de voltaje correcto, el voltaje del voltímetro tienes que ser superior al aparato, pero lo más cercano posible.

b) ¿Cómo se usa el voltímetro? Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue el momento necesario para el desplazamiento de la aguja indicadora.

En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento. En la figura se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos de a y b de un circuito, entre los que se ha de medir la diferencia de potencial. En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total. A continuación se ofrece la fórmula de cálculo de la resistencia serie necesaria para lograr esta ampliación o multiplicación de escala:

𝑹𝒂 = 𝑹𝑽 (𝑵 − 𝟏) Donde N es el factor de multiplicación (N≠1) Ra es la Resistencia de ampliación del voltímetro Rv es la Resistencia interna del voltímetro

c) Tipos de voltímetro Existen varios tipos de voltímetros en la actualidad, entre los más comunes tenemos al Voltímetro digital y analógico, sin embargo existen otros que son menos comunes como son los electromecánicos y vectoriales, cada uno utilizando para medir voltaje en diferentes condiciones.

VOLTÍMETRO ANALÓGICO O ANÁLOGO Este instrumento se caracteriza por estar encapsulado en una pequeña caja transparente, en su interior se encuentra una aguja la cual va recorriendo una escala de valores. Son muy utilizados en proyectos de electrónica o en plataformas que trabajan con gases inflamables, ya que al no ser eléctricos tienen menos probabilidad de provocar una explosión (obviamente deben ser instrumentos informatizados para trabajar en áreas peligrosas). Por lo general un mismo instrumento no puede medir corriente directa y corriente alterna, por lo cual se debe tener uno para cada tipo de corriente. Su escala de medición y sus características físicas cambian conforme el precio de estos aumenta.

CALIBRACIÓN: Al usar estos instrumentos análogos es muy común que pierdan la calibración de fábrica si se les da mucho uso, esto se puede solucionar muy fácilmente, simplemente se necesita de un desarmador plano, con este se debe mover a la izquierda o derecha el tornillo de calibración que casi siempre está en el eje de la aguja (al inicio de esta), hasta que la aguja quede en 0. Cambien se le puede inducir un voltaje y calibrarlo de la misma manera, ajustándolo hasta que la aguja muestre el voltaje que la fuente este mandando. Ventajas de los Voltímetros analógicos:    

Son excelentes para la medición de tensión, corriente, resistencia, frecuencia y potencia de la señal. Tiene comprobación de diodos, un voltímetro analógico es más preciso que el uso de un voltímetro digital en esta comprobación. Los problemas de cortocircuito se pueden encontrar con una mejor salida mediante un voltímetro analógico. Al igual que la versión digital, la mayoría de las versiones avanzadas de voltímetros analógicos tienen grandes características como condensador, diodo y modos de prueba de CI (circuito integrado).

VOLTÍMETROS DIGITALES Tal y como el voltímetro análogo, estos sirven para medir la diferencia de potencial entre 2 puntos de un circuito (Negativo y positivo). Las únicas diferencias entre estos tipos de medidores digitales y los analógicos, es que los digitales poseen una pantalla lcd en la cual se muestra la lectura del voltaje, es menos probable que pierda su calibración, pero la característica que comparten es que no se puede usar el mismo instrumento para medir corriente directa y alterna (salvo que esta característica este implementada en el dispositivo, en la actualidad ya hay algunos que poseen esta característica).

Ventajas de Voltímetros digitales 

La principal ventaja es que te da la medición más precisa en comparación con su contraparte analógica, y la exactitud no se limita a dar resultados correctos, ya que los voltímetros analógicos indican el valor con una aguja sobre una escala, mientras que uno digital tiene un LED o pantalla LCD, que puede mostrar la salida en números e incluso hasta los puntos decimales. Se puede ajustar cuando sea necesario a medida de ohmios, amperios y voltios.



VOLTÍMETROS ELECTROMECÁNICOS Este tipo de instrumentos están construidos en gran manera de un galvanómetro, la única diferencia es que la escala ha sido adaptada para medir Volts. Existen modelos para corriente continua y para corriente alterna.

VOLTÍMETROS VECTORIALES Este es el instrumento medidor de voltaje menos conocido. Común mente se utilizan para medir el voltaje de las señales de microondas. Además de posee un módulo de la tensión, son capaces de dau una indicación de su fase.

3. MULTITESTER O MULTÍMETRO Un multímetro, también de nominado tester, es un dispositivo eléctrico y portátil, que le permite a una persona medir distintas magnitudes eléctricas que forman parte de un circuito, como ser corrientes, potencias, resistencias, capacidades, entre otras. Puede medir magnitudes en distintos rangos es decir, si sabemos que vamos a medir una corriente de 10 A (Amper) entonces, elegiremos un rango de 1A a 50 A. Puede medir corriente continua o corriente alterna de forma digital o analógica.

a) ¿Partes, funciones y funcionamientos de un voltímetro? Partes: Un multímetro consta de las siguientes partes:    

Display: Es la pantalla que muestra de forma digital el resultado de la medición. Interruptor Encendido/Apagado VDC/VAC/OHM/ADC/AAC: escalas para seleccionar dependiendo de la medición que se quiere realizar. Selector: Rueda que permite seleccionar la escala para la medición que se quiere realizar.

   

COM: Casquillo para enchufar el cable negro, cualquiera sea la medición que se realice. V-Ω: Casquillo donde se enchufa el cable rojo si se quiere medir voltaje o resistencia 10 mA: Casquillo donde se enchufa el cable rojo si se quiere medir intensidades de hasta 10 mA 10 A: Casquillo donde se enchufa el cable rojo si se quiere medir intensidades de hasta 10 A.

Funciones: A modo general sirve para medir distintas magnitudes en un circuito eléctrico. Algunas de las funciones del multímetro son:       

Medición de resistencia. Prueba de continuidad. Mediciones de tensiones de Corriente Alterna y Corriente Continua. Mediciones de intensidad de corrientes alterna y continúa. Medición de la capacitancia. Medición de la frecuencia. Detección de la presencia de corriente alterna.

Funcionamientos: El funcionamiento de un multímetro involucra varios instrumentos de medición, como el voltímetro, amperímetro, entre otros. Lo que es importante conocer de un multímetro es saber usarlo. En principio debemos identificar que vamos a medir y tener una idea de entre que valores oscila esa medición. Una vez identificados buscamos en la escala del tester los datos. Por ejemplo si queremos medir voltaje

de una corriente continua de 100 V, buscamos en el tester la V que al lado tiene una rayita continua y elegimos el valor más grande, más cercano al valor aproximado de medición. Luego se deben conectar los cables al multímetro. El cable negro debe ir conectado en la clavija que tiene denominación COM, de común. Luego buscamos la clavija que tiene como denominación la magnitud que queremos medir. Si queremos medir voltaje, buscamos la V y conectamos el cable en esa clavija. Luego se deben conectar las otras terminales de los cables, el negro en la parte negativa del circuito y el rojo en la parte positiva del circuito. Luego el multímetro si es digital mostrara el valor en la pantalla y en caso de que sea analógico, la aguja se moverá al valor de la medición.

b) ¿Cómo se usa el voltímetro? Como explicamos en los párrafos anteriores, el multímetro tiene muchos usos. Dentro de los usos los más comunes son:   

Para medición de tensiones Para medición de resistencias Para medición de intensidades

Medición de tensiones Para medir tensiones basta con conectar los cables al multímetro y los otros terminales entre los puntos donde se quiera medir el potencial o diferencia de voltaje. Si se quiere medir el potencial absoluto, colocamos el terminal del cable negro en cualquier masa y el rojo en donde queremos medir el potencial. Medición de resistencias El proceso es parecido al de medición de tensiones. Se debe colocar la escala del multímetro en donde encontremos el símbolo Ω y buscamos el valor de la resistencia que más nos convenza. Por ultimo colocamos los terminales entre los puntos donde se quiere medir la resistencia. Medición de intensidades A la hora de medir intensidades el proceso es un poco más complicado. Es que las tensiones y resistencia se miden poniendo el multímetro en paralelo, pero para medir intensidades el multímetro debe estar en serie. Por lo tanto para medir intensidades se debe abrir el circuito para colocar el borne o terminal del cable rojo en la parte donde se abrió el circuito y que la corriente circule por el tester. Previamente el tester debe estar configurado para medir intensidades.

c) Tipos de voltímetro Existen dos tipos de multímetros:  

Multímetro analógico Multímetro digital

MULTÍMETRO ANALÓGICO

Los multímetros analógicos muestran en resultado de la medición mediante una aguja que indica en una escala el valor medido. Tienen una exactitud aproximada en la medición de voltaje de 1% y un rango de entre 0.4 mV a 1000V. Si hablamos de intensidad de corriente, puede medir entre 0.1 μA y 10A, con una exactitud de 2%. MULTÍMETRO DIGITAL

Mediante un circuito, el multímetro digital convierte los datos analógicos obtenidos en valores digitales que luego son mostrados en una pantalla. Estos tipos de multímetros miden con la misma exactitud que los analógicos, pero aumentan la precisión a la hora de leer la medición, ya que con aguja hay un pequeño error.

4. PROTOBOARD Una placa de pruebas o placa de inserción (en inglés Protoboard o Breadboard) es un tablero con orificios que se encuentran conectados eléctricamente entre sí de manera interna, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares. Está hecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión mecánica del circuito en sistemas de producción comercial.

a) Características Una placa de pruebas está compuesta por varios bloques de plástico perforados y numerosas láminas delgadas, de una aleación de cobre, estaño y fósforo, que unen dichas perforaciones, creando una serie de líneas de conducción paralelas. Las líneas se cortan en la parte central del bloque para garantizar que dispositivos en circuitos integrados de tipo dual in-line package (DIP) puedan ser insertados perpendicularmente y sin ser tocados por el proveedor a las líneas de conductores. En la cara opuesta se coloca un forro con pegamento, que sirve para sellar y mantener en su lugar las tiras metálicas. Debido a las características de capacitancia (de 2 a 30 pF por punto de contacto) y resistencia que suelen tener las placas de pruebas están confinados a trabajar a relativamente baja frecuencia (inferior a 10 o 20 MHz, dependiendo del tipo y calidad de los componentes electrónicos utilizados). Los demás componentes electrónicos pueden ser montados sobre perforaciones adyacentes que no compartan la tira o línea conductora e interconectados a otros dispositivos usando cables, usualmente unifilares. Uniendo dos o más placas es posible ensamblar complejos prototipos electrónicos que cuenten con decenas o cientos de componente

b) Partes y conexiones de la placa Existen muchos modelos de placas protoboards, se pueden diferenciar principalmente por la cantidad de orificios que poseen, pero por lo general en todos los tipos de placas de pruebas podemos diferenciar tres partes:

 

En uno de los extremos o en los dos, podemos tener la zona de alimentación. Para conectar los componentes entre si se emplea la zona de conexiones superior o zona de conexión inferior.

Zona de alimentación La zona de alimentación está compuesta por orificios horizontales conectados entre sí eléctricamente a lo largo de toda la placa. Son dos líneas independientes; una para alimentación y otra para masa. Normalmente las protoboards tienen dos zonas de alimentación situadas en lados opuestos para distribuir diferente alimentación.

Zona de conexiones superior La zona de conexiones superior está compuesta por columnas de orificios conectados eléctricamente entre sí. Cada columna es independiente eléctricamente con las demás, es decir, los orificios solo están conectados de forma vertical.

Zona de conexiones inferior La zona de conexiones inferior es igual a la zona de conexiones superiores. Ambas zonas están separadas eléctricamente. Estas dos zonas son muy necesarias para la inserción de circuitos integrados con dos filas de pines

Cuando el circuito a probar es complejo y requiere muchos componentes y cables, las protoboards tienen un código de localización de orificio, exactamente igual al famoso juego “Hundir la Flota”. Consiste en numerar verticalmente y horizontalmente la matriz de orificios que forma una protoboard. Para las filas se emplea las letras del abecedario, y para las columnas se emplean números enteros, aunque esto puede hacerse de forma contraria. La conexión de un componente electrónico en la placa board se debe hacer de tal forma que sus patillas se inserten en columnas diferentes, si sus patillas quedan en la misma columna de la misma zona de conexiones estarían en cortocircuito.

Para circuitos integrados de dos líneas de patillas se debe tener especial cuidado, estos chips deben conectarse de tal forma, que cada fila de patillas quede en una zona de conexiones diferentes.

V. CALCULO Y RESULTADOS CUESTIONARIO: 1. Defina los conceptos de medición, exactitud, precisión, sensibilidad en los instrumentos. MEDICIÓN La medición es un proceso básico de la ciencia que se basa en comparar una unidad de medida seleccionada con el objeto o fenómeno cuya magnitud física se desea medir, para averiguar cuántas veces la unidad está contenido en esa magnitud. La tecnología convencional, modelizable mediante la mecánica clásica no plantea problemas serios para el proceso de medición. Así para algunos autores el proceso de medición requiere caracterizaciones relativamente simples como por ejemplo: Definición 1. Una medición es un acto para determinar la magnitud de un objeto en cuanto a cantidad. Aunque caben definiciones más complejas y descriptivas del proceso de medición de una magnitud geométrica, como la siguiente definición: Definición 2. Una medición es comparar la cantidad desconocida que queremos determinar y una cantidad conocida de la misma magnitud, que elegimos como unidad. Al resultado de medir se le denomina medida. EXACTITUD En ingeniería, ciencia, industria y estadística, se denomina exactitud a la capacidad de un instrumento de acercarse al valor de la magnitud real. La exactitud depende de los errores sistemáticos que intervienen en la medición, denotando la proximidad de una medida al verdadero valor y, en consecuencia, la validez de la medida. PRECISIÓN En ingeniería, ciencia, industria y estadística, se denomina precisión a la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones o de dar el resultado deseado con exactitud. Esta cualidad debe evaluarse a corto plazo. La precisión refleja la proximidad de distintas medidas entre sí, y es función exclusiva de los errores accidentales. SENSIBILIDAD Se refiere a la respuesta que el instrumento de medición tenga para medir una variable y que tan rápida sea este para estabilizar su medida.

2. ¿Cuál es la clasificación de los instrumentos eléctricos, según el principio de funcionamiento? Hable de cada uno de ellos. INSTRUMENTOS DE INDUCCIÓN Funcionan a partir del campo magnético producido por dos electroimanes sobre un elemento móvil metálico (corrientes de Foucault).La medida es proporcional al producto de las corrientes de cada electroimán y por lo tanto, pueden utilizarse tanto en corriente continua como en corriente alterna. La aplicación más importante de los instrumentos de inducción es como contadores de energía. 



De inducción simples: Se usan para amperímetros, voltímetros y como más importante en medidores de energía. Para corriente alterna únicamente. De inducciones diferenciales: Frecuencímetros.

INSTRUMENTOS MAGNETOELÉCTRICOS El momento motor se produce debido a la acción mutua entre los campos de un imán permanente y una bobina. Se fabrican de toda clase de exactitud y con las siguientes variantes. Clase de instrumento Error relativo en condiciones nominales de trabajo

0.1

0.2

0.5

1

1.5

2.5

5

±0.1 ±0.2 ±0.5 ±1 ±1.5 ±2.5 ±5

Los instrumentos magneto-eléctricos son los siguientes: 

   

De bobina móvil: Este sistema se emplea en amperímetros, voltímetros, óhmetros de CC. También en loa galvanómetros de todos los tipos De imán móvil: (casi en desuso) se emplea en amperímetros, voltímetros y galvanómetros de CC. Con rectificador: Son amperímetros, voltímetros de ca. Con termo elemento: se usa para amperímetros y voltímetros de CC y de CA. Diferenciales: (logometros, de bobinas cruzadas) Se emplean en la construcción de megohmetros, cofimetros y frecuencímetros.

3. ¿Cuál es la simbología eléctrica utilizada en los instrumentos eléctricos? Confeccione una tabla. Magnitud

Aparato

Unidad de medida

Símbolo

Voltaje o tensión

Voltímetro

Voltios

V

Intensidad

Amperímetro

Ampere

A

Potencia activa

Vatímetro

Vatio

W

Potencia relativa

Vatímetro

Voltamperio

VAr

relativo Resistencia

Ohmímetro

Ohmio

Ω

Energía eléctrica

Condensador de

Vatio hora

Wh

Condensador de

Voltamperio

kVArh

energía relativa

reactivo hora

Frecuencia

Frecuencímetro

Hercio

f

Desfase

Fasímetro

𝐶𝑜𝑠𝜑

𝜑

energía activa Energía eléctrica

4. ¿Cuáles son las instrucciones básicas para el empleo de los Voltímetros, Amperímetros, Ohmímetros? VOLTÍMETROS:   

Conectarlo en paralelo con el circuito, tomando en cuenta la polaridad si es C.C. Se debe tener un aproximado de tensión a medir con el fin de usar el voltímetro apropiado. Debe ser inicialmente ajustado en cero.

AMPERÍMETRO:    

Conectarlo en serie con el circuito. La corriente debe ser menor que la escala del amperímetro. Debe ser inicialmente ajustado en cero. No se debe conectar un amperímetro con un circuito que este energizado.

OHMÍMETRO: 

 

La resistencia que medir no debe estar conectada a ninguna fuente de tensión o a ningún otro elemento del circuito, pues causan mediciones inexactas. Se debe ajustar a cero para evitar mediciones erráticas gracias a la falta de carga de la batería. En este caso, se debería de cambiar la misma. Al terminar de usarlo, es más seguro quitar la batería que dejarla, pues al dejar prendido el instrumento, la batería se puede gastar totalmente.

5. Explíquese, describiendo los efectos (efecto de carga) sobre los medidores y sobre los circuitos que se está midiendo. El efecto de carga es también conocido como “regulación”, sin embargo este es un error que puede ocurrir en casi cualquier medición eléctrica, esto se debe a que cuando se realiza una medición con un instrumento este tiende a extraer una pequeña o gran cantidad de energía (dependiendo de las características del instrumento de medición) del circuito que se esté midiendo. Dichos instrumentos poseen el llamado efecto de carga debido a los componentes internos que los componen, este efecto también puede verse influenciado por los componentes externos que conforman el circuito a medir, un ejemplo de esto son las impedancias internas de los equipos electrónicos, así como una resistencia en paralelo cuando se mide con un voltímetro. En los instrumentos de medición de alta gama por lo general este error es regulado automáticamente, en el caso de los medidores convencionales el error podría ser muy pequeño (dependiendo de sus características) por lo cual no es muy común hablar del error en el efecto de carga, sin embargo este error puede calcularse y el cálculo de este puede determinar cuáles son las mediciones correctas para así comparar que tan preciso y exacto es instrumento de medición. Ejemplo En el siguiente circuito podremos observar como un instrumento de medición afecta la carga en las medidas de dicho circuito, para esto hay que considerar que la impedancia interna del dispositivo es de 1MΩ.

Podemos apreciar un circuito en el cual la tensión real entre el punto A y el punto B es de 10 Volts, sin embargo al realizar la medición el instrumento solo nos muestra 6.6 Volts, esta medición errónea es debido al error en el efecto de carga. Para determinar cuál es el error simplemente se realiza el siguiente cálculo:

Un error del 34% puede desembocar en un daño completo en el circuito si es que intentamos asignarle 10 Volts sin tomar en cuenta la energía que se perdió al realizar la medición. 6. ¿Por qué nunca se debe conectar un voltímetro en serie o un amperímetro en paralelo con el circuito que se está midiendo?  Al conectar un amperímetro en paralelo, lo que ocurre es que la medida realizada, no va a ser correcta, ya que la intensidad a medir no va a pasar completamente por el amperímetro, dependiendo de la resistencia interna del amperímetro el valor puede ser muy erróneo. Por otro lado si lo conectas en paralelo, entre dos puntos del circuito donde la diferencia de potencial sea elevada, puede que se queme el amperímetro.  Si medimos tensión AC con el selector en DC, la medida va a ser errónea, si el aparato tiene un tiempo de respuesta pequeño, podrás ver la variación de la tensión (entre positiva y negativa) Si el tiempo de respuesta es elevado, habrá pequeñas fluctuaciones en el display pero que no tendrán nada que ver con la señal a medir o incluso la medida será 0V.

7. ¿Cuáles son los errores más usuales en los medidores eléctricos?  Error absoluto: es la diferencia entre la medida exacta de una magnitud y la medida obtenida experimentalmente.  Error relativo: es el cociente del error absoluto entre el valor exacto de la magnitud Los errores pueden ser: Sistemáticos y Accidentales.  Los sistemáticos son derivados, casi siempre, de una construcción defectuosa del aparato de medida, y se evitan en cierto modo, realizando las medidas con aparatos diversos y hallando la media aritmética de los resultados obtenidos.  Los errores accidentales dependen de las condiciones fisiológicas, y aun psíquicas, del observador, así como de la iluminación de los aparatos y demás circunstancias de ambiente que rodean al experimentador. Se disminuye el valor de este error realizando numerosas medidas, por distintos observadores, y obteniendo la media aritmética de ellas. 8. Investigar sobre los siguientes programas de simulación de circuitos electrónicos: DcAcLad; EasyEDA; DoCircuits; TinaCloud; 123D Circuits; Circuit Marker; Multisim.  DCACLab El DCACLab se implementa con el propósito de desarrollar y reforzar el conocimiento y las habilidades necesarias para apoyar el dominio de los objetivos de la lección. Permite al alumno aplicar métodos científicos, responder a preguntas, reunir los materiales necesarios, seguir procedimientos, utilizar herramientas y equipos, así como extraer conclusiones. La experiencia de laboratorio virtual implica actividades prácticas y experiencias virtuales en un entorno similar a un laboratorio. Este laboratorio, por lo tanto, brinda a los estudiantes experiencias virtuales que los involucran de una manera realista al mantener la integridad de actividades de laboratorio similares. Por lo tanto, las metas educativas para DCACLab se pueden resumir de la siguiente manera en términos de lo que el alumno debería poder hacer al final del laboratorio: -

Explicar las relaciones eléctricas básicas. Crea circuitos a partir de dibujos esquemáticos. Utilice un voltímetro y un amperímetro para tomar las lecturas del circuito. Proporcionar una explicación lógica de las mediciones, así como las relaciones del circuito. Explicar las relaciones eléctricas básicas tanto en paralelo como en circuitos en serie.

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Desarrollar una teoría para explicar las medidas del circuito. Encuentra la resistencia de diferentes objetos utilizando el laboratorio virtual. Discuta los procesos de carga y descarga de un condensador en un circuito. Explicar cómo se comporta un inductor en un circuito.

 EasyEDA Las herramientas EDA (Electronic Design Automation) son herramientas diseñadas específicamente a proyectos y producción de sistemas electrónicos, abarcando desde la creación del circuito integrado hasta el desarrollo de placas de circuito impreso. Hoy nos presentan EasyEDA, una de las mejores herramientas software de simulación de circuitos y diseño de PCB cuyo uso es completamente online, sin necesidad de instalar ningún software. La principal característica de EasyEDA es que es una herramienta gratuita, no requiere instalación y además está basada en la nube, por lo que podremos crear directamente nuestros diseños de manera online. Esta herramienta está diseñada específicamente para proporcionar a los ingenieros electrónicos, educadores, estudiantes de ingeniería y aficionados a la electrónica una herramienta EDA completa pero a su vez sencilla de manejar, y todo ello desde nuestro navegador web. Las herramientas EDA (Electronic Design Automation) son herramientas diseñadas específicamente a proyectos y producción de sistemas electrónicos, abarcando desde la creación del circuito integrado hasta el desarrollo de placas de circuito impreso. Hoy os presentamos EasyEDA, una de las mejores herramientas software de simulación de circuitos y diseño de PCB cuyo uso es completamente online, sin necesidad de instalar ningún software. La principal característica de EasyEDA es que es una herramienta gratuita, no requiere instalación y además está basada en la nube, por lo que podremos crear directamente nuestros diseños de manera online. Esta herramienta está diseñada específicamente para proporcionar a los

ingenieros electrónicos, educadores, estudiantes de ingeniería y aficionados a la electrónica una herramienta EDA completa pero a su vez sencilla de manejar, y todo ello desde nuestro navegador web. -

Funcionalidades de EasyEDA Algunas de las principales funcionalidades de EasyEDA es por ejemplo el diseño de esquemas, gracias a las bibliotecas disponibles tendremos la posibilidad de dibujar estos esquemas de forma fácil y rápida, además la herramienta se actualiza automáticamente de forma transparente. Otra característica importante de este software es que permite simular los circuitos, tendremos la posibilidad de verificar tanto los circuitos analógicos, digitales y de señal mixta con subcircuitos y modelos spice. Por último, también podremos diseñar circuitos impresos de manera online, utilizando múltiples capas y miles de pads. EasyEDA tiene una amplia biblioteca con miles de componentes electrónicos, tanto de circuitos como de circuitos impresos para el modelado, además también tenemos ejemplos de esquemas para tomar como base un esquema que ya esté hecho anteriormente. Una característica muy importante es que podremos importar a EasyEDA otros diseños hechos con Altium, Eagle y KiCad, de esta forma no solo podremos guardar en la nube nuestros esquemas, sino también editarlos si fuera necesario.

 DoCircuits Un simulador de circuito electrónico es un software que utiliza modelos matemáticos para replicar el comportamiento de un dispositivo o circuito electrónico real. El software de simulación le permite modelar una operación de circuito y, por lo tanto, es una herramienta de análisis invaluable. Su capacidad de modelado de alta precisión es una de las razones principales por las que los colegios y universidades utilizan este tipo de software para la enseñanza de electrónica y clases de ingeniería eléctrica. Un software de simulación involucra a los usuarios al integrarlos en la experiencia de aprendizaje. Este tipo de interacciones involucra a los estudiantes para analizar, organizar, sintetizar y evaluar el contenido.

 TinaCloud TINA es un potente y asequible paquete de software de simulador de circuitos y diseño de PCB para analizar, diseñar y realizar pruebas en tiempo real de circuitos electrónicos analógicos, digitales, HDL, MCU y mixtos y sus diseños de PCB. También puede analizar SMPS, RF, comunicación y circuitos optoelectrónicos; generar y depurar código MCU utilizando la herramienta de diagrama de flujo integrado; y probar aplicaciones de micro controladores en un entorno de circuito mixto. Una característica única de TINA es que puede dar vida a su circuito con el LabXplorer y TINALab II opcional controlados por USB. Hardware, que convierte su computadora en un poderoso y multifuncional instrumento T&M. Los ingenieros eléctricos encontrarán que TINA es una herramienta fácil de usar y de alto rendimiento,

mientras que los educadores agradecerán sus características únicas para el entorno de entrenamiento. TINA Cloud es la versión en línea en varios idiomas del popular software TINA que ahora se ejecuta en su navegador sin ninguna instalación y en cualquier lugar del mundo.

 123D Circuits Es un software gratuito de Autodesk que permite hacer prototipos de circuitos electrónicos y simulaciones en tiempo real. Todo desde la web, sin tener que instalar nada. Tan sólo piden registrarte con tu correo electrónico y una contraseña.

Este software permite hacer prototipos utilizando todo tipo de componentes: motores, transistores, diodos pero también tiene características más avanzadas como la posibilidad de añadir placas Arduino, programarlas y simular su funcionamiento. También tiene una ventana para diseñar PCB’s e incluso puedes encargar la fabricación de tu diseño en la misma página web  Circuit-Maker Es un software de simulación de circuitos electrónicos, este nos facilita el diseño de circuitos tantos digitales como analógicos lo que nos ahorra tiempo y dinero en la elaboración de los mismos. Circuit-Maker es muy práctico y sencillo de utilizar, cuenta con un menú en su interfaz muy

amigable y de fácil acceso a las distintas opciones requeridas para el circuito que estamos elaborando. Existen diversas versiones entre las que encontramos circuit-maker student o circuit-maker para estudiantes que se distribuye de manera gratuita, en esta versión están limitadas algunas funciones, pero es muy útil para los que comienzan a entrar en este campo de la simulación con este programa y es perfectamente compatible con windowsXP.

 Multisim Multisim es un entorno de simulación Spice estándar en la industria, usado por educadores y diseñadores en todo el mundo. Multisim construye experiencia en los estudiantes a través de la aplicación práctica del diseño, generación de prototipos y pruebas de circuitos eléctricos. Con Multisim, se puede optimizar el rendimiento del diseño de circuitos con potente simulación Spice y análisis intuitivos. Pueden reducirse los errores de diseño, generar prototipos más rápido y mejorar la productividad. Se reducen las iteraciones de prototipos y se optimizan los diseños de tarjetas de circuito impreso (PCB) al inicio del proceso de diseño, al usar el enfoque del diseño Multisim.

9. Determinar o identifique la institución que brinda los certificados de calibración de los instrumentos de medición.

Instituto Nacional de Calidad (INCAL)

El Instituto Nacional de Calidad (INACAL), es un organismo público técnico especializado adscrito al ministerio de la producción de Perú. Fue creado en el año 2014 mediante el Decreto Ley nº 30224, por el que se crea el sistema nacional para la calidad y el instituto nacional de calidad e inició sus funciones el 1 de junio de 2015. El INACAL tiene como principal objetivo la normalización, acreditación y metrología de las normas que regulan las materias de los distintos sectores del mercado de Perú con el fin de contribuir al desarrollo y cumplimiento de la política nacional de calidad, es decir, certificar la calidad de los productos locales del Perú para adecuarlos a la normativa internacional y promover de esta forma su exportación. Anteriormente, esta labor era competencia del Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la Protección de la Propiedad Intelectual (INDECOPI). INACAL es un organismo miembro de ISO y de COPANT. Funciones Según lo establecido en el artículo 6 del Decreto Supremo No 004-2015, algunas de las funciones del INACAL son:     

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Conducir el Sistema Nacional para la Calidad Elaborar la propuesta de la Política Nacional para la calidad y sustentarla ante el Consejo Nacional para la Calidad (CONACAL) Regularizar las materias de normalización, acreditación y metodología acorde con los estándares internacionales. Gestionar, promover y vigilar la implementación de la Política Nacional para la Calidad. Actuar de representación internacional y tomar parte en las actividades de normalización, metrología y acreditación en el marco de la normativa vigente. Promover una cultura de calidad, contribuyendo a que instituciones públicas y privadas utilicen la infraestructura de la calidad.

VI. CONCLUSIONES  El reconocimiento y uso de los diferentes materiales e instrumentos de Laboratorio de circuitos eléctricos es de gran importancia para el logro la adecuada y correcta manipulación de ellos, y así permitirá familiarizarse con el manejo de los mismos.  La mejor forma de aprender es haciendo y llevando a la práctica los conocimientos teóricos, de manera que es de total vitalidad reconocer el uso y funcionamiento de los equipos para familiarizarse con normas y simbologías.  En este informe se presentan definiciones, usos, tipos y funcionamientos de algunos equipos de medición eléctrica e interrogantes planteadas en la práctica desarrollada.

UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO” ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS I PRACTICA DE LABORATORIO N°01 INSTRUMENTOS ELÉCTRICOS

Docente: LIC. SERAFÍN GUTIÉRREZ ATOCHE Estudiante: TÁVARA VEGA LUIS GUSTAVO Lambayeque – Perú 2019