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• JesusVilcaYepez

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LAB. MEDIDAS ELECTRICAS ING. ELECTRICA

PRACTICA N°4 DISEÑO AMPLIACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DE UN VOLTÍMETRO EN DC I.- OBJETIVO  Convertir un mecanismo de medición en un voltímetro de diferentes rangos. Diseñar y comprobar experimentalmente el valor de las resistencias multiplicadoras necesarias para construir el voltímetro de diferentes rangos. II.- MARCO TEÓRICO En los aparatos de medida que miden tensiones (voltímetro) o k tienen bobinas voltimetricas (vatímetros, contadores de energía, etc.) las dimensiones se basan directamente en los efectos de la tensión eléctrica sino en los efectos producidos por la intensidad de corriente. Lo que sucede es que de acuerdo con la ley de ohm, la tensión eléctrica y la intensidad de corriente son proporcionales y por lo tanto las escalas de los aparatos de medida pueden graduarse en voltios y medir de esta forma las tensiones eléctricas. Ahora bien, con objeto de mantener lo más bajo posible la potencia consumida, el mecanismo de medida ha de recibir intensidades de corriente muy pequeñas. 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.

𝑖𝑚 : Corriente máxima que deflecta toda la escala del mecanismo de medición. V: máxima tensión que puede medir el mecanismo de medición (v=i*r) r: Resistencia interna del mecanismo de medición, Rmn: Resistencia multiplicadora de uno de los rangos. Vn: tensión máxima que desea medir en uno de los rangos. Para determinar las resistencias multiplicadoras de los diferentes alcances, se emplea la siguiente formula: 𝑅𝑚𝑛 = (𝑛 − 1)𝑟 Donde: n= factor multiplicador 𝑉𝑛 𝑛= 𝑉 𝑉𝑛 𝑉𝑛 − 𝑟𝐼𝑚 ⟹ 𝑅𝑚𝑛 = [ − 1] 𝑟 = 𝑟 ∗ 𝐼𝑚 𝐼𝑚 Como la resistencia interior del aparato d medida es siempre muy pequeña en comparación con la resistencia adicional, en todos los casos se puede mantener el error del aparato de medida dentro de los limites determinados por la clase de precisión del propio aparato de medida. La resistencia de adicional se instala unas veces en el interior del aparato de medida y otras veces en el exterior de dicho aparato.

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Aunque las resistencias en serie o resistencias adicionales pueden aplicarse indistintamente a mediciones en corriente continua y en corriente alterna, en la práctica se emplean con más frecuencia para medida en corriente continua. Cuando se trata de corriente alterna, en muchos casos se utilizan transformadores. Las resistencias adicionales se emplean, sobre todo, para la ampliación del campo de medida de los voltímetros. Pero los circuitos voltimetricas de los voltímetros, cosfímetros, frecuencímetros y otros aparatos de medida también están provistos de resistencias adicionales. III.- ELEMENTOS A UTILIZAR  Un miliamperímetro de corriente continua de 10mA.  Un multímetro digital (Voltímetro patrón)  Resistencias de diferentes valores, de acuerdo al diseño del instrumento.  Cables de conexión.  Una fuente rectificadora.  Un variac monofásico. IV.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN El instrumento de medición de diferentes rangos se realizara de la siguiente manera: a) Se utilizará el miliamperímetro en el rango de 10mA como mecanismo de medición para la construcción de un voltímetro. b) Una vez determinadas las resistencias de diferentes valores se procederá a instalarlas en serie con respecto al miliamperímetro y su resistencia interna, de tal manera que estas determinen rangos adicionales al instrumento, tomando en cuenta que estas siempre funcionarán conmutando por separado. Se realizara el cálculo de la resistencias enserie para los rangos de 50V, 100V y 200V. c) Luego se utilizara el multímetro digital para realizar medidas comparativas y de esta manera parametrar la escala del nuevo instrumento. d) Arme el circuito del voltímetro para los rangos diseñados. e) Contraste su voltímetro experimental con uno patrón tomando por lo menos 4 lecturas por escala o rango.

Características del sistema de medición: i(mA)=10 Rango de 48.9V n=724.63 Rmn=4.93KΩ 𝑽𝒑𝒂𝒕𝒓𝒐𝒏 𝒊𝒎 V=ir 48.9 10mA 0.048 36.8 7.5mA 0.035 24.5 5mA 0.023 12.12 2.5mA 0.011 Rango de 100.8V n=1886.79

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r=5.3Ω

𝑽𝒏 = 𝑹𝑻 𝑰𝒎 48.7 36.7 24.4 12.10

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Rmn=10.12KΩ 𝑽𝒑𝒂𝒕𝒓𝒐𝒏 100.8 75.8 70.5 65.4

𝒊𝒎 10mA 7.5mA 7mA 6.5mA

V=ir 0.047 0.035 0.033 0.030

𝑽𝒏 = 𝑹𝑻 𝑰𝒎 100.5 75.6 70.5 65.3

V.- CUESTIONARIO 1.- ¿En qué consiste el sistema de medición de bobina móvil o movimiento de D’Arsonval utilizado en los voltímetros de cc? Al circular la corriente I a través de la bobina, se produce un campo magnético que interacciona con el producido por el imán permanente, originando una fuerza F, la cual da lugar a un torque que hace girar la bobina en un sentido determinado. El movimiento de la bobina está compensado por el resorte. La constante de dicho resorte determina el ángulo girado de la bobina para una corriente dada. Una vez definidas la magnitud del campo magnético B, la constante del resorte y la disposición más adecuada de los elementos, el ángulo que gira la bobina móvil (y por lo tanto la aguja indicadora) es proporcional a la corriente I que circula por el galvanómetro.

2.- Adjunte los diseños de todos los rangos de voltímetros que diseño y explique el procedimiento del cálculo. Para el rango de 50V: Hallando el factor multiplicador: 𝑉𝑛 𝑉𝑛 𝑛= = 𝑉 𝑟 ∗ 𝑖𝑛 50 𝑛= 5.3 ∗ 10 ∗ 10−3 𝑛 = 943.39 Hallándola resistencia Rmn: 𝑅𝑚𝑛 = (𝑛 − 1) ∗ 𝑟 𝑅𝑚𝑛 = (943.39 − 1) ∗ 5.3 𝑅𝑚𝑛 = 4994.67Ω 𝑅𝑚𝑛 = 4.99𝐾Ω Para el rango de 100V: Hallando el factor multiplicador: UNSA

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𝑉𝑛 𝑉𝑛 = 𝑉 𝑟 ∗ 𝑖𝑛 100 𝑛= 5.3 ∗ 10 ∗ 10−3 𝑛 = 1886.79 𝑛=

Hallándola resistencia Rmn: 𝑅𝑚𝑛 = (𝑛 − 1) ∗ 𝑟 𝑅𝑚𝑛 = (1886.79 − 1) ∗ 5.3 𝑅𝑚𝑛 = 9994.7Ω 𝑅𝑚𝑛 = 9.99𝐾Ω Dónde: La resistencia interna del miliamperímetro a las escala de 10mA es 𝑟 = 5.3Ω 3.- ¿Cuál es la función de las resistencias en serie o multiplicadoras y que características debe de cumplir? Sirven para disminuir el paso de la corriente y crear un divisor de tensión y así caiga la mayor parte de la tensión en la resistencia Rmn y que caiga una tensión pequeña en el miliamperímetro y esta pueda funcionar de manera normal en el rango de corriente. La resistencia que se conecta en serie debe tener un valor mayor al de la resistencia interna del miliamperímetro para evitar fallas por calentamiento y que la mayor cantidad de tensión se desvíe a esta. 4.- ¿Qué precauciones se debe tener para el uso del voltímetro analógico? Se debe tener la precaución de que el voltímetro debe contar con una resistencia interna lo más alta que sea posible, de modo que su consumo sea bajo, y así permitir que la medición de la tensión del voltímetro se realice sin errores. 5.- Realice un análisis del efecto de carga que tienen las resistencias utilizadas en el circuito. Las resistencias usadas en el circuito limitan el valor de la corriente que circula por este, para proteger el amperímetro, además en ellas recae la mayor parte de la tensión total dela fuente. Rango de 50V: 50 𝐼= = 10𝑚𝐴 4.99 ∗ 103 + 5.3 4.99 ∗ 10−3 𝑉𝑚𝑛 = 50 ∗ = 49.95𝑉 4.99 ∗ 10−3 + 5.3 Rango de 100V: 100 𝐼= = 10𝑚𝐴 9.99 ∗ 103 + 5.3 9.99 ∗ 10−3 𝑉𝑚𝑛 = 100 ∗ = 99.95𝑉 9.99 ∗ 10−3 + 5.3 6.- Realice en forma tabulada una comparación éntrelos valores obtenidos por el voltímetro patrón y el voltímetro que ha sido diseñado (para cada uno de los dos rangos). Encuentre los errores absolutos relativos porcentuales. Rango de 50V: 𝑽𝒑𝒂𝒕𝒓𝒐𝒏 48.9 36.8 24.5 12.12

𝒊𝒎 10mA 7.5mA 5mA 2.5mA

V=ir 0.048 0.035 0.023 0.011

𝑽𝒏 = 𝑹𝑻 𝑰𝒎 48.7 36.7 24.4 12.10

Rango de 100V:

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𝜺𝑨 1 0.1 0.1 0.02

𝜹(%) 2.04 0.27 0.41 0.17

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𝑽𝒑𝒂𝒕𝒓𝒐𝒏 𝒊𝒎 V=ir 𝑽𝒏 = 𝑹𝑻 𝑰𝒎 100.8 10mA 0.047 100.5 75.8 7.5mA 0.035 75.6 70.5 7mA 0.033 70.5 65.4 6.5mA 0.030 65.3 7.- Deduzca la fórmula de las resistencias adicionales. Por divisor de tensión:

𝑉 = 𝑉𝑛 ∗

𝑟 𝑅𝑚𝑛 + 𝑟

Luego: 𝑉(𝑅𝑚𝑛 + 𝑟) = 𝑉𝑛 ∗ 𝑟 𝑉 ∗ 𝑅𝑚𝑛 + 𝑉 ∗ 𝑟 = 𝑉𝑛 ∗ 𝑟 𝑉 ∗ 𝑅𝑚𝑛 = 𝑉𝑛 ∗ 𝑟 − 𝑉 ∗ 𝑟 𝑉 ∗ 𝑅𝑚𝑛 = 𝑟(𝑉𝑛 − 𝑉) 𝑟(𝑉𝑛 − 𝑉) 𝑅𝑚𝑛 = 𝑉 𝑉𝑛 𝑉 𝑅𝑚𝑛 = 𝑟 ∗ ( − ) 𝑉 𝑉 Si hacemos: 𝑛 = 𝑉𝑛 ⁄𝑉 (factor de relación) Entonces: 𝑹𝒎𝒏 = (𝒏 − 𝟏) ∗ 𝒓

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𝜺𝑨 0.3 0.2 0 0.1

𝜹(%) 0.29 0.26 0 0.15

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VI.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES CONCLUSIONES 

Las resistencias conectadas en serie al miliamperímetro están en el orden de los kilos ohmios.



La mayor parte de la tensión se encuentra en la resistencia multiplicadora.



Las tensiones medidas en el amperímetro son equivalentes a las medidas por el voltímetro patrón.



Las resistencias multiplicadoras usadas son 4.3KΩ y 10KΩ.



Las resistencias multiplicadoras también protegen al instrumento de medición.

OBSERVACIONES 

Las resistencias usadas son de valores cercanos a las calculadas.



Para los valores tomados en la segunda tabla hubo un mal contacto que fue detectado y superado.



Se hizo el cálculo previo de las resistencias multiplicadoras.



Se usó el variac y un puente de diodos para conseguir una señal casi continua.



se hizo la toma de cuatro diferentes lecturas para la prueba.

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VII.- BIBLIOGRAFÍA  http://wwwglobalnet.blogspot.com/2009/07/voltimetro-definicion-un-voltimetro-es.html  www.buenastareas.com › Página principal › Ciencia  www.clubse.com.ar/newsletter/news17/notas/nota02.htm  www.ehowenespanol.com › Hogar

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