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• Alexis Muñoz

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán

Departamento de Ingeniería Sección Eléctrica

Laboratorio de Medición e Instrumentación Eléctrica Grupo: 1503 - D Profesor: Ing. Ramírez Juárez Rodrigo

Alumno: Muñoz Cruz Javier Alexis

Practica 1 (Medición de Resistencias) Fecha de Realización: 05 de Septiembre de 2017

Fecha de Entrega: 12 de Septiembre de 2017 Semestre: 2018 – I Calificación:

Objetivos.  

El alumno aprenderá a utilizar diferentes equipos eléctricos para la medición de las resistencias, así como el uso del código de colores. Comparar las lecturas de cada equipo eléctrico en parámetros como exactitud rapidez y precisión y confiabilidad.

Introducción. MULTIMETRO ANALOGO: Se trata de un instrumento de medición electrónico. Es predecesor de los multímetros digitales, y la diferencia radica en el modo de presentar la información al usuario. En los multímetros analógicos, la magnitud medida era presentada mediante un dial graduado, y una aguja que sobre él se desplazaba, hasta obtenerse así la lectura.

MULTIMETRO DIGITAL: En cambio, en los multímetros digitales, la magnitud medida se presenta como un valor, un número, en un display como el de una simple calculadora, o reloj; o sea, mediante la composición de números en decodificadores de siete segmentos.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MULTÍMETROS El Multímetro se utiliza para medir diferentes acciones de los electrones en los componentes eléctricos y electrónicos. Con este instrumento tú podrás medir "resistencia", "corriente", y "tensión eléctrica".

1: Se presentan en una caja protectora, de tamaño no mayor de 25 pulgadas cúbicas.2: Proveen dos terminales cuya polaridad se identifica mediante colores: Negro (-) y Rojo (+).3: En las medidas de corriente directa (CD), la polaridad de los terminales debe ser observada para conectar apropiadamente el instrumento. Esta precaución no es necesaria para las medidas de corriente alterna (ca).4: Poseen una llave selectora para elegir el tipo de medida a realizar. Están diseñados para hacer medidas de "resistencia", "corriente", y "tensión eléctrica" .5: La medida de precaución más importante es que en las medidas de tensión y corriente se debe observar las escalas. Es conveniente utilizar siempre la escala mayor en la primera medida, luego la corregimos si es necesaria. Puente de Kelvin El puente Kelvin es una modificación del puente Wheatstone y proporciona un incremento en la exactitud de las resistencias de valor por debajo de 1. Puente de hilo (Thompson) En la figura 3 se muestra el circuito de puente de hilo, representado por la resistencia Ry. Ry representa la resistencia del alambre de conexión de R3 a Rx. Si se conecta el galvanómetro en el punto m, Ry se suma a Rx, resultando una indicación por arriba de Rx. Cuando se conecta en el punto n, Ry se suma a la rama de R3, ya que R3 indicará más de lo real. Si el galvanómetro se conecta en el punto p, de tal forma que la razón de la resistencia de n a p y de m a p iguale la razón de los resistores R1 y R2.

La ecuación de equilibrio queda:

Sustituyendo la ecuación (7.11) en la (7.12), se tiene

Operando queda

Como conclusión, la ecuación (7.14) es la ecuación de equilibrio para el puente Wheatstone y se ve que el efecto de la resistencia Ry se elimina conectando el galvanómetro en el punto p. Puente de Wheatstone Este circuito consiste en tres resistencias conocidas y una resistencia desconocida, conectadas entre sí en forma de diamante. Se aplica una corriente continua a través de dos puntos opuestos del diamante y se conecta un galvanómetro a los otros dos puntos. Cuando todas las resistencias se nivelan, las corrientes que fluyen por los dos brazos del circuito se igualan, lo que elimina el flujo de corriente, el puente puede ajustarse a cualquier valor de la resistencia desconocida, que se calcula a partir los valores de las otras resistencias. Se utilizan puentes de este tipo para medir la inductancia y la capacitancia delos componentes de circuitos. Para ello se sustituyen las resistencias por inductancias y capacitancias conocidas. Los puentes de este tipo suelen denominarse puentes de corriente alterna, porque se utilizan fuentes de corriente alterna en lugar de corriente continua. El puente de Wheatstone se muestra en la figura 2 y está constituido por cuatro resistencias R1, R2, R3 y R4, de las cuales una de ellas es desconocida y su valor debe determinarse.

El puente de Wheatstone tiene cuatro ramas resistivas, una fuente de f.e.m (una batería) y un detector de cero (el galvanómetro). Para determinar la incógnita, el puente debe estar balanceado y ello se logra haciendo que el galvanómetro mida 0 V, de forma que no haya paso de corriente por él. Debido a esto se cumple que:

Al lograr

el equilibrio,

la

corriente del galvanómetro es 0,

entonces:

Donde Rx es R4 (de la fig. 1), combinando las ecuaciones (7.1), (7.2) y (7.3) se obtiene:

Resolviendo:

Expresando Rx en términos de las resistencias restantes:

R3 se denomina Rama Patrón y R2 y R1 Ramas de Relación. El puente de Wheatstone se emplea en mediciones de precisión de resistencias desde 1 hasta varios M Ohm.

Material y Equipo.       

1

10 Resistencias a 2 watt de diferentes valores (3 menores a 110 Ω ). Multímetro digital. Multímetro analógico Puente de Wheatstone Cables de Conexión Puente de Kelvin Software de lectura de código de colores

Desarrollo. 1. Enumerar las resistencias del 1 al 10 arbitrariamente. 2. Por medio del código de colores determinar los valores de cada resistencia. 3. Anótelas en la tabla 1.1 de forma progresiva.

Tabla 1.1 No.

Código de Colores (Ω)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 82 100 270 1000 10000 22000 100000 120000 150000

Software de Código de Colores (Ω)

Multímetro Puente de Puente Multímetro Analógico Wheatstone de Kelvin Digital (Ω) (Ω) (Ω) (Ω) 10.6 10.65 11.25 11.1 81.5 81.6 81.6 81.6 100.3 100.9 100.87 98.5 273 260 268.4 995 800 990 9940 8000 9920 21080 21000 21650 98600 90000 98900 118600 106000 119000 152600 150000 152000

4. Verificar con el software, el valor de la resistencia y anótelas en la tabla 1.1. 5. Con un multímetro digital obtenga los valores de cada una de las resistencias y anótelo en la tabla 1.1 respetando el orden. 6. Realice las mediciones con el multímetro analógico, para cada una de las resistencias. 7. Utilizando el puente de Wheatstone tome el valor más exacto de las resistencias fijándose que la aguja no se mueva del galvanómetro. 8. A través del Puente de Kelvin, obtener el valor de las resistencias respetando el orden, observe que la aguja del galvanómetro no se mueva.

Cuestionario. 1.- ¿Qué restricción tiene el puente de Kelvin con respecto al puente de Wheatstone? R: El puente de Kelvin proporciona una mayor exactitud para mediciones de resistencias de bajo valor (menores a 1 Ω) por lo que es una desventaja que este presenta ante el puente de Wheatstone el cual puede medir en diferentes escalas. 2.- Mencione cuál de los instrumentos utilizados de medición es más preciso ¿Por qué? R: El Puente de Wheatstone, Podemos ajustar la escala en la cual queremos conocer el valor de la resistencia y a su vez dependiendo de la escala que se escoja (la cual va de 1 Ω hasta los 1 MΩ) se puede tener un cálculo más preciso y a si tratar de saber exactamente su valor. 3.- ¿Qué le sucede al multímetro digital cuando se tocan las terminales con los dedos al medir el valor de la resistencia? R: El valor del cálculo de la resistencia puede llegar a variar ya que el cuerpo humano presenta una resistencia mínima y esta puede llegar a afectar los cálculos de pendiendo si la resistencia que se quiere calcular es pequeña o grande.

4.- ¿Qué significa que la aguja del puente de Wheatstone tienda al lado negativo? R: Que el valor propuesto es mayor al valor real de la resistencia que se está midiendo. 5.- ¿Cuál fue el instrumento más rápido para tomar las lecturas? ¿Por qué? R: El multímetro digital, Al momento de conectar las terminales con las de la resistencia este marcaba automáticamente el valor aproximado de la misma, ya que no se necesita ajustar nada en el multímetro porque este da el valor de las escalas automáticamente. 6.- Encuentre el rango en el cual debe de existir un resistor que tiene las siguientes bandas de colores para satisfacer la tolerancia del fabricante. 1a Banda

2a Banda

3a Banda

4a Banda

Verde Rojo Café

Azul Rojo Negro

Naranja Café Negro

Dorado Plateado --------

Valor de la Resistencia 56000 Ω ± 5% 220 Ω ± 10 % 10 Ω

7.- Encuentre el código de colores para las siguientes resistencias de 10 % Valor de la Resistencia 220 Ω 4700 Ω 68 KΩ 9.1 MΩ

1a Banda

2a Banda

3a Banda

4a Banda

Rojo Amarillo Azul Blanco

Rojo Morado Gris café

Café Rojo Naranja Verde

Plata Plata Plata Plata

8.- ¿Existe una superposición en la cobertura entre los resistores 20%? Esto es, determine el rango de tolerancia para un resistor de 20% de 10 Ω y para un resistor de 20% de 15 Ω, y observe si se sobreponen sus rangos de tolerancia. R1 = 10 Ω → 20 % = 2 Ω R 2 = 15 Ω → 20 % = 3 Ω ∴ Si existe una superposicion 9.- ¿Existe una superposición en la cobertura entre los resistores 10%? Esto es, determine el rango de tolerancia para un resistor de 20% de 10 Ω y para un resistor de 20% de 15 Ω, y observe si se sobreponen sus rangos de tolerancia. R1 = 10 Ω → 20 % = 2 Ω R 2 = 15 Ω → 20 % = 3 Ω ∴ Si existe una superposicion 10.- Encuentre la conductancia de cada una de las siguientes resistencias: a) 0.086 Ω 1 1 1 𝑅= →𝐺= ⟹𝐺= = 11.6279 𝑠 (𝑠𝑖𝑒𝑚𝑒𝑛𝑠) 𝐺 𝑅 0.086 Ω

b) 4K Ω 𝑅= c) 2.2 MΩ 𝑅=

1 1 1 →𝐺= ⟹𝐺= = 2.5𝑥10−4 𝑠 (𝑠𝑖𝑒𝑚𝑒𝑛𝑠) 𝐺 𝑅 4000 Ω

1 1 1 →𝐺= ⟹𝐺= = 4.54𝑥10−7 𝑠 (𝑠𝑖𝑒𝑚𝑒𝑛𝑠) 𝐺 𝑅 2200000 Ω

11.- Encuentre la conductancia de 1000 ft de alambre AWG #18 hecho de: a) Cobre 1 𝜌𝐿 𝐴 1624.3 𝐺 = 𝑦𝑅 = ⟹𝐺= = = 942716.1927 𝑆 𝑅 𝐴 𝜌𝐿 (1.723𝑥10−6 )1000𝑓𝑡 b) Aluminio 1 𝜌𝐿 𝐴 1624.3 𝐺 = 𝑦𝑅 = ⟹𝐺= = = 574973.4513 𝑆 𝑅 𝐴 𝜌𝐿 (2.825𝑥10−6 )1000𝑓𝑡 c) Acero 1 𝜌𝐿 𝐴 1624.3 𝐺 = 𝑦𝑅 = ⟹𝐺= = = 132067.6478 𝑆 𝑅 𝐴 𝜌𝐿 (12.299𝑥10−6 )1000𝑓𝑡 12.- Mencione las ventajas y desventajas del uso de cada uno de los equipos que se enlistan.

Multímetro Digital

Ventajas

Desventajas

1. Medición más precisa 2. Soporta más valores 3. No se daña al cambiar la polaridad 4. Mayor legibilidad 4. Mayor rango

1. Lecturas varían en el tiempo 2. Son más costosos.

1. Es fácil de manejar. Multímetro 2. Estima un valor más exacto en cuanto Analógico a las variaciones en el tiempo.

1. Sensible a la polaridad. 2. Menor resolución.

Puente de Wheatstone

1. Fácil manejo 2. Buena legibilidad 3. Amplio rango de medidas

1. Es pesado 2. Se puede complicar dependiendo la escala a usar 3. No realiza medidas pequeñas

Puente de Kelvin

1. Manejo similar al Puente de Wheatstone. 2. Lecturas confiables.

1. No es utilizado para valores grandes.

Conclusiones Se pudieron observar los diversos aparatos de medición que existen y así poder determinar con exactitud cuál es el más conveniente para realizar dichos cálculos y a su vez determinar cuál es el más exacto. El conocimiento adquirido durante la

practica será de utilidad ya sea para los laboratorios siguientes, al igual que cuando uno comience a laboral en la industria y se tenga que utilizar los aparatos vistos o similares ya se va a tener un conocimiento previo sobre cómo manipularlos.

Bibliografías “CIRCUITOS DE INGENIERIA ELECTRICA” - Editorial CECSA. Autor: Hugh A. SKILLING. MEDICIONES ELÉCTRICAS - Moeller - Ed. Werr. SOBREVILLA, Marcelo: "Circuitos Eléctricos". Buenos Aires, Argentina,Ed. Marymar, 1984.