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• Cristhian Alexander Aguilar Chavez

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ESQUEMA En el circuito se utilizó una red monofásica la cual rectificamos mediante un puente de diodos, se conectó con una resistencia, utilizando la conexión en serie, además de conectar también un amperímetro con una resistencia conectada en paralelo a este, esta resistencia llamada resistencia de shunts, para poder convertir un mecanismo de medición en un medidor de corriente de diferentes rangos y comprobar el valor de la resistencia de shunts experimentalmente.

Tablas Para realizar las medidas correspondientes a la tabla, primeramente se ha tenido que calcular la resistencia de shunts para los diferentes rangos, esto se realiza utilizando la siguiente formula:

Donde: In: Corriente máxima que se desea medir en uno de los alcances. i: Corriente máxima que circula por el sistema móvil. Rsn: Resistencia shunts para un rango determinado. r: Resistencia interna del sistema móvil. Para determinar la resistencia shunts de los diferentes alcances, se emplea la siguiente formula: 𝑅𝑠𝑛 =

𝑟 (𝑛 − 1)

Dónde: n = In / i se le llama relación del shunt del instrumento. Debido a errores de temperatura que se pudieran presentar se le conecta una resistencia adicional Rad en serie, de manganina a la bobina del instrumento.

Entonces finalmente la resistencia de shunts se halla mediante: 𝑅𝑠𝑛 =

𝑅𝑖 (𝑛 − 1)

Una vez conectado el circuito con la resistencia de shunt hallada, se procedió a variar la fuente de tensión para cada rango y se anotó la corriente que nos indica el amperímetro patrón y la corriente del miliamperímetro hasta conseguir su máxima escala.

Rs= n= V 27.46 32.88 39.90 43.00 48.00 50.60

Rs= n= V 14.70 19.00 23.66 28.51 32.78 37.57

Rango de 1 A 9.97 100 Ipatrón (A) 0.51 0.61 0.75 0.80 0.90 0.95

i (mA) 5.00 6.00 7.30 7.80 8.70 9.20

I=n*i 0.50 0.60 0.73 0.78 0.87 0.92

i (mA) 1.00 1.30 1.60 1.90 2.20 2.50

I=n*i 0.30 0.39 0.48 0.57 0.66 0.75

Rango de 3 A 3.30 300 Ipatrón (A) 0.30 0.40 0.50 0.61 0.70 0.80

CUESTIONARIO 1. ¿Qué es un miliamperímetro? Un amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un micro amperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio. es un aparato usado para medir la corriente eléctrica de cualquier tipo de circuito, esta medición o resultado nos da en miliampers (1X10-3). En términos generales, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente), con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt". 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.

2. Adjunte los cálculos de los diseños del miliamperímetro, para los rangos realizados.

𝑅𝑎𝑑 = 943Ω Rango de 1 A 𝑅𝑚 = 44 Ω

𝑛=

𝑛=

1 = 100 10 𝑚𝐴

𝑅𝑠ℎ =

𝑅𝑠ℎ =

𝐼 𝐼𝑚

𝑅𝑚 + 𝑅𝑎𝑑 (𝑛 − 1)

987 = 9.97 Ω (100 − 1)

Rango de 3 A 𝑅𝑚 = 44 Ω 𝑛=

𝑛=

3 = 300 10 𝑚𝐴

𝑅𝑠ℎ =

𝑅𝑠ℎ =

𝐼 𝐼𝑚

𝑅𝑚 + 𝑅𝑎𝑑 (𝑛 − 1)

987 = 3.30 Ω (300 − 1)

3. ¿Cuál es la función de la resistencia de shunt? El shunt es una resistencia relativamente pequeña, pero de valor constante. El shunt sirve para ampliar los límites de medición de la intensidad de corriente de algunos aparatos de medida y se conecta en serie al circuito a medir, mientras que en paralelo al shunt se conecta el instrumento de medida. En tal caso la corriente a medir crea una derivación que es registrada por el instrumento de medición. Supresión de ruidos Los condensadores son algunas veces usados como shunts para re direccionar el ruido de alta frecuencia a tierra, evitando que se propague a la carga o hacia otro componente del circuito. Esta técnica es utilizada por ejemplo en los marcapasos y más Protección del circuito Cuando un circuito debe estar protegido de la sobretensión ante una posible falla en la fuente de alimentación, se suele emplear un dispositivo llamado "circuito crowbar".

Cuando este dispositivo detecta una sobretensión causa un corto circuito entre el positivo de la fuente de alimentación y su negativo. Esto causará una bajada drástica de la tensión, protegiendo así el circuito, y un incremento de la corriente que se desviará hacia un dispositivo sensible a la corriente, como por ejemplo un fusible. Ampliación de medida de un amperímetro Un shunt en paralelo con el cuadro móvil de un amperímetro permite aumentar la extensión de la medición. La intensidad a medir se reparte entre el cuadro móvil y el shunt, aumentando de este modo la capacidad de medida del aparato. El valor del shunt debe calcularse de manera que desvíe la intensidad que exceda del valor máximo que permite el amperímetro en cuestión. 4. ¿Qué precauciones debe tener para el uso del amperímetro?    



  

Conectar en serie. Nunca en paralelo. No rebasar capacidad de lectura Respetar su polaridad Se debe tener un aproximado de corriente a medir ya que si es mayor de la escala del amperímetro lo puede dañar, es decir, la corriente debe ser menor de la escala del amperímetro. Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar: horizontal, vertical o inclinada. Si no se siguen estas reglas, las medidas no serían del todo confiable y se puede dañar el eje que soporta la aguja. Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero. Las lecturas tienden a ser más exactas cuando las medidas que se toman están intermedias a la escala del instrumento. Nunca se debe conectar un amperímetro con un circuito que este energizado.

5. ¿Qué pasaría si no se realizara una buena conexión con la resistencia shunts, cuando se está efectuando la medición de corriente? Los shunts en general, y aquellos para elevadas corrientes en particular, deben incorporarse al circuito amperimetrico de tal forma que evite el aumento de la resistencia de contacto, que podría dañar al instrumento. Un contacto pobre o abierto en un circuito con resistencias shunt mal conectado, provocaría una circulación de corriente tan intensa a través del indicador que quemaría completamente su bobina o produciría otros daños permanentes. En la figura A se presenta la forma incorrecta de conectar un shunt en un circuito amperímetrico, mientras que en la figura B se muestra la forma correcta de hacerlo.

En la disposición adoptada en la figura A, la resistencia de contacto está incluida en el circuito shunt. Si hay una gran resistencia de contacto en los puntos 1 y 2, aumenta la resistencia de shunt y también lo hace, hasta llegar a un valor excesivo, la corriente que circula a través del indicador. Este peligro se elimina si se adopta el circuito de la figura B, en el que la resistencia de contacto esta en serie con el circuito del instrumento. 6. Demostrar la fórmula para encontrar el valor de la resistencia de shunt. En el siguiente esquema, se presenta un indicador con su respectiva resistencia interna Rm, lo podemos considerar un amperímetro por donde circula una corriente Im. Para ampliar la extensión de la medición del amperímetro a una mayor escala se conecta en paralelo una resistencia shunt Rsh, cuyo valor se obtendrá de la siguiente expresión:

Como están conectados en paralelo, el voltaje en cada rama debe ser el mismo por lo que tenemos: 𝑉𝑠ℎ = 𝑉𝑚 𝑅𝑠ℎ ∗ (𝐼 − 𝐼𝑚 ) = 𝑅𝑚 ∗ 𝐼𝑚 𝑅𝑠ℎ =

𝑅𝑠ℎ =

𝑅𝑚 ∗ 𝐼𝑚 (𝐼 − 𝐼𝑚 )

𝑅𝑚 (𝑛 − 1)

;

𝑛=

𝐼 𝐼𝑚

Dónde: Rsh : Resistencia shunt. Rm : Resistencia interna del instrumento. n : Relación entre la corriente ampliada deseada (I) y la corriente máxima de la escala (Im). 7. Comparar las lecturas de la corriente patrón y la corriente medida con el shunt. Hallando el error absoluto, relativo porcentual. Explique las diferencias. Para comparar las lecturas de la corriente patrón y la corriente medida con el shunt utilizamos las siguientes formulas: Error Absoluto: 𝐸𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙 Error relativo porcentual: 𝐸𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 =

𝐸𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 ∗ 100% 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙

Entonces aplicando a nuestras tablas de mediciones tenemos:

Rango de 1A V 27.46 32.88 39.90 43.00 48.00 50.60

Ipatrón (A) 0.51 0.61 0.75 0.80 0.90 0.95

i (mA)

I=n*i

5.00 6.00 7.30 7.80 8.70 9.20

0.50 0.60 0.73 0.78 0.87 0.92

Error Absouto 0.00 -0.01 -0.03 -0.03 -0.04 -0.05

Error relativo % 0.00 -3.23 -5.66 -4.41 -4.76 -5.00

Error Absouto

Error relativo %

Rango de 3A V

Ipatrón (A)

i (mA)

I=n*i

14.70 19.00 23.66 28.51 32.78 37.57

0.30 0.40 0.50 0.61 0.70 0.80

1.00 1.30 1.60 1.90 2.20 2.50

0.30 0.39 0.48 0.57 0.66 0.75

-0.03 -0.05 -0.08 -0.10 -0.12 -0.12

-5.66 -4.76 -5.06 -4.76 -4.58 -3.97

Como podemos observar los errores absolutos y relativos porcentuales no son elevados por lo que quiere decir que se realizó correctamente la práctica, y el valor medido se acerca demasiado al valor real. 8. ¿Qué características eléctricas debe reunir las resistencias shunts amperímetros y que materiales se usan en su fabricación? Cuando se necesita medir una corriente cuyo valor es mayor que la que puede soportar el instrumento de medida, se agrega un shunt en serie con la carga y paralelo al shunt se conecta el instrumento, el que puede tener conectado a su vez una resistencia adicional en serie que permite ajustar la corriente nominal del mismo. De esta forma solamente una intensidad pequeña de corriente pasa por el mecanismo de medida, lo que facilita sustancialmente su fabricación y servicio. Por lo general el shunt y el galvanómetro del instrumento aparecen formando una misma unidad como es el caso de los amperímetros. Para no alterar la distribución de corrientes en las ramas formadas por el shunt y el galvanómetro con la resistencia adicional al variar la temperatura, es necesario asegurar la constancia del coeficiente de shuntado. Para ello, el shunt se fabrica de manganina, o sea, de una aleación cuyo coeficiente de temperatura es próximo a cero y que no forma un par termoeléctrico con el cobre. Para eliminar la acción del calentamiento, en serie al enrollado de cobre de la bobina del instrumento, se conecta la resistencia adicional elaborada también con manganina. La resistencia de todo el circuito del instrumento de medición debe ser fija e independiente de la temperatura y la frecuencia de corriente alterna. La resistencia adicional se produce de manganina o constantán y para evitar el influjo de la frecuencia, la resistencia no debe ser reactiva, con este fin el alambre de la misma se enrolla de modo bifilar o en una capa sobre una fina lámina aislante. Los shunts no solo se calibran por la intensidad de corriente que pueden absorber, sino por la caída de tensión que producen; de esta forma pueden utilizarse todos los shunts y aparatos de medida que produzcan igual caída de tensión. Generalmente, los shunts que se utilizan con aparatos portátiles o de laboratorio, están previstos para una caída de tensión en el shunt de 60 mV. En los aparatos de medidas industriales y de cuadro se han

normalizado las siguientes caídas de tensión: 30, 45, 60, 100, 120, 150, 300 mV. Se construyen shunts para alcances de medida comprendidos entre 1 A y 10000 A. Según su exactitud, los shunts se clasifican en cinco clases: 0.05; 0.1; 0.2; 0.5 y 1.0%. En lo que se refiere a su disposición constructiva, se puede indicar lo siguiente (se acostumbran a fabricarse de manganina):  Para pequeñas corrientes (hasta 20 A): alambres o cintas tensadas  Para corrientes medias (hasta 200A): una o dos cintas o chapas tensadas.  Para corrientes elevadas (hasta 1000 A): dos o más chapas paralelas o alambres de 5 a 8 mm de diámetro.  Para corrientes muy elevadas (hasta 10000 A): tres o más chapas paralelas

9. ¿Podría medirse intensidades de corriente del orden de los kiloamperios utilizando resistencias shunts amperímetricos?

Tenemos los siguientes datos: 𝑅𝑚 = 44 Ω 𝑅𝑎𝑑 = 1000 Ω 𝐼𝑚 = 1 𝐴 Rango de 1 kA 𝑛=

𝑛=

𝐼 𝐼𝑚

1 𝑘𝐴 = 1000 1

𝑅𝑠ℎ =

𝑅𝑠ℎ =

𝑅𝑚 + 𝑅𝑎𝑑 (𝑛 − 1)

44 + 1000 = 1.045 Ω (1000 − 1)

Si es posible aumentar la intensidad de corriente a un orden de kiloamperios (kA). 10. ¿Cuál es la principal aplicación que se les da a las resistencias shunts? La principal aplicación de las resistencias shunt es la ampliación de medida de un amperímetro y de un voltímetro. Un shunt en paralelo con el cuadro móvil de un amperímetro permite aumentar la extensión de la medición. La intensidad a medir se reparte entre el cuadro móvil y el shunt, aumentando de este modo la capacidad de medida del aparato. El valor del shunt debe calcularse de manera que desvíe la intensidad que exceda del valor máximo que permite el amperímetro en cuestión.

Si se quieren medir tensiones relativamente elevadas, se conecta una resistencia en serie o resistencia adicional, de forma que la corriente no pueda exceder de los limites considerados como tolerables, de esta forma una parte de la tensión actúa sobre el aparato de medida y el resto (por lo general mucho mayor) se disipa en la citada resistencia adicional. El voltímetro está compuesto de un mecanismo de medición y de la resistencia interna multiplicadora.

Observaciones     

En toda la práctica necesitábamos conocer el valor de la corriente con la que trabajábamos para no exceder la capacidad de los instrumentos y evitar que se dañen. El amperímetro es un instrumento de medida eléctrica que sirve para medir la intensidad de corriente eléctrica y se debe conectar en serie al circuito eléctrico. El voltímetro es un instrumento de medida eléctrica que sirve para medir la caída de tensión y se debe conectar en paralelo al circuito eléctrico. En toda práctica existen errores ya sean errores humanos o errores por parte de los instrumentos de medición, que conllevan a errores de cálculo de los datos. El multímetro es un instrumento que puede ser usado para medir tensión, corriente, resistencia entre otros con sus respectivas restricciones de medición.

Conclusiones     

Se conecta una resistencia adicional a la bobina del instrumento, para evitar los errores de temperatura que se pudieran presentarse. La resistencia de Shunt para la ampliación de un amperímetro de DC, resulta ser muy pequeña. La resistencia shunt sirve para hacer circular la corriente en exceso que pueda malograr el instrumento de medición. Los shunts pueden estar incluidos directamente en el aparato de medida o en otros casos, se conectan a dicho aparato mediante conductores de conducción. La densidad de corriente de corriente eléctrica que circula por los resortes antagonistas que sirven a la vez para conducir la corriente hacia el sistema móvil, es de poco valor.

Bibliografía    

http://www.buenastareas.com/ensayos/Usos-Del-Voltimetro-y-DelAmperimetro/6624268.html http://html.rincondelvago.com/aparatos-de-medicion-de-corriente-electrica.html http://es.wikipedia.org/wiki/Amper%C3%ADmetro http://es.wikipedia.org/wiki/Shunt_(electr%C3%B3nica)