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• Juan Miguel Becerra Aliaga

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U.N.M.S.M

Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica APELLIDOS Y NOMBRES

MATRICULA

Valverde Bandan Kelly Nathaly Calderon Juscamayta Jheysson

16190277 16190252

CURSO

TEMA Instrumentación de Corriente Continua

Lab. de Dispositivos Electrónicos

INFORME

FECHAS

FINAL

Realización

NOTA

Entrega

NUMERO

1

25 de

02 de

abril

mayo

GRUPO

“L2” (MIERCOLES 10 a.m– 12 p.m)

PROFESOR

Ing. Luis Paretto

I. INSTRUMENTACIÓN DE CORRIENTE CONTINUA EXPERIMENTO 1 II. OBJETIVOS: 1. Conocer el error que por efecto de carga produce un voltímetro. 2. Conocer el error que introduce un amperímetro en un circuito. 3. Determinar los errores que se producen por la conexión de instrumentos en un circuito. III. INTRODUCCION TEORÍCA: El Voltímetro: Es el aparato usado para medir los voltios de un sector o generador cualquiera (pilas, acumuladores, dínamos, etc.), tanto en el lugar donde se produce el fluido eléctrico como en los sitios en donde se transforma o aplica. Su mecanismo se halla basado en el principio del galvanómetro. Una bobina de inducción muy sensible, que puede ser única para las corrientes continuas, o dobles para las alternas, genera el paso de la corriente un campo magnético inductivo, cuyas atracciones o repulsiones son captados por una aguja que oscila sobre un cuadrante graduado en el que pueden leerse fácilmente las diferencias de potencial respectivas.

El Amperímetro: El aparato consiste en un alambre enrollado alrededor de un trozo de hierro móvil, suspendido entre los polos sur y norte de un imán común, en forma de herradura. Cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través del alambre, el hierro se convierte en un imán electromagnético, con sus polos norte y sur entre los polos del imán fijo. Como los polos opuestos siempre se atraen, el imán móvil gira de tal modo que su polo sur apunta al polo norte del imán fijo, y su polo norte al polo sur del mismo. La fuerza de esta atracción depende de la intensidad de la corriente. Una aguja que gira junto con el hierro móvil señala sobre una escala el número de amperios.

Sensibilidad de los instrumentos: La sensibilidad de un dispositivo electrónico, por ejemplo un receptor de comunicaciones, es la mínima magnitud en la señal de entrada requerida para producir una determinada magnitud en la señal de salida, dada una determinada relación señal/ruido, u otro criterio especificado. La sensibilidad de un instrumento se determina por la intensidad de corriente necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala. El grado de sensibilidad se expresa de dos maneras, según se trate de un amperímetro o de un voltímetro. EN EL AMPERÍMETRO: La sensibilidad se indica por el número de amperios, miliamperios o microamperios que debe de fluir por la bobina para producir la desviación completa. Si un instrumento tiene una sensibilidad de 1 mA., es necesario 1 mA. para producir la desviación completa. EN EL VOLTÍMETRO: Aquí la sensibilidad está expresada en ohmios por voltio, o sea, la resistencia del instrumento. Para que el voltímetro sea preciso que este tome una corriente muy baja del circuito, lo cual se obtiene mediante una alta resistencia. El número de ohmios por voltio de un voltímetro se obtiene dividiendo la resistencia total del instrumento entre el voltaje máximo que puede medir. Para un trabajo general en electrónica, un voltímetro debe tener como mínimo una sensibilidad de 1,000 ohmios por voltio. El número de ohmios por voltio de un voltímetro se obtiene dividiendo la resistencia total del instrumento entre el voltaje máximo que puede medirse. Por ejemplo, un instrumento con una resistencia interna de 300000 ohmios y una escala para un máximo de 300 voltios, tendrá una sensibilidad de 1000 ohmios por voltio. Para trabajo general, los voltímetros deben tener cuando menos 1000 ohmios por voltio.

IV. MATERIAL Y EQUIPO: 1. Una fuente de corriente continúa. 2. Un voltímetro. 3. Caja de décadas. 4. Un miliamperímetro y micro amperímetro. 5. Cables y conectores (Cocodrilo/Banano, Cordón AC). 6. Un Multímetro digital. 7. Resistores (22Ω, 150Ω, 5.1K Ω, 10 K Ω, 51 K Ω, 100 K Ω, 1 K Ω y 390 Ω.). Voltímetro: Marca: Yokogawa Modelo: 2011 Nº de serie: 84AA2174 Sensibilidad: 1000 Ω /V

Multímetro Digital: Marca: Fluke Nº de serie: 64680428 Miliamperímetro: Marca: Yokogawa Modelo: 510B Sensibilidad: 0.1 Ω /V Micro amperímetro: Marca: Yokogawa Modelo: 500B Sensibilidad: (1/15) Ω /V

V. PROCEDIMIENTO: Llenar la tabla 1 con los valores de los resistores a usar. TABLA 1: Valores de resistores fijos utilizados. 150Ω

390 

Resistor

22Ω

Teórico

22×10 15×10 ±5% ±5%

39×10 10×10² 5.1×10³ 10×103 51×10³ 10×104 5% 5% 5%  5%  5% 5%

Practico

22.6 Ω 150Ω

382.8 k

1 k

0.979 k

5.1 k

4.9 k

10 k 51 k 100 k

9.86 k

50.5 k

99.5 k

1) Determinación del error que por efecto de carga produce un voltímetro a) Armar el siguiente circuito: R1  5.1KΩ

V=12v

R2 =10KΩ

V2

Figura 1

VALORES PRACTICOS USADOS: Voltaje de la fuente: 12.01 v R1: 5.1 k R2: 10 k b) Determinación del error que por efecto de carga produce un voltimetro: · Voltaje de la fuente (V): 12v

· Valor que mide el voltímetro (V2) · Resistencias: R1 = 5.1 k y R2 = 10 k · Intensidad (I): ¿? Por la Ley de Ohm: V = I x Req

Req = R1+R2 = 15.1 kΩ 12 = I x (15.1 kΩ) I = 0.795 x 10-3 V2 = I x R2 V2 = 0.795 x 10-3x10x103 V2 = 7.95v

c) Conectar el voltímetro según se muestra en la figura 1. Seleccionar la escala mas apropiada para poder leer el voltaje medido con la mayor claridad posible. Anotar este valor en la tabla 2 d) Cambiar de escala en el voltímetro a un rango superior. Anotar el valor medido por el voltímetro. Llenar la tabla 2. TABLA 2: con voltímetro Vs (v) V2 (10 kΩ) V2 (100 kΩ)

10 6.2 v 1.8 v

30 7.1 v 3.8 v

100 7v 5.9 v

3 XXX 0.65v

Voltímetro: -

Sensibilidad : 1 mA ( 1000 Ω/v ) Modelo : No : Marca: Yokogawa

Con la marca Ganz no se registra rangos e) Cambiar los valores de las resistencias a 51 k y 100 k respectivamente. Repetir el procedimiento anterior y comparar los resultados obtenidos. -

Los valores de la siguiente tabla son los obtenidos con las resistencias de 51kΩ y 10kΩ. Vs (v) V2 (10 kΩ)

12 6.2 v

30 7.1 v

60 7v

6 XXX

-

Al cambiar las resistencias respectivas por las de 50 k y 100 k se obtienen los valores mostrados en la siguiente tabla. Vs (v) V2 (100 kΩ)

12 1.8 v

30 3.8 v

60 5.9 v

6 0.65 v

f) Calcular el error debido al voltímetro conociendo la sensibilidad de este. Comparar estos valores calculados con los valores medidos Este procedimiento lo realizaremos en el ítem 1 del cuestionario. g) Medir los voltajes en los pasos anteriores haciendo uso también del multímetro como voltímetro. Llenar la tabla 3. Explicar los resultados.

TABLA 3: Con multímetro digital Teóricos Vs(v) V2 (10 kΩ) V2 (100 kΩ)

10 6v 1.9 v

100 7.2 v 6v

10 6.1 2

100 7.2 6.1

2.-Determinar el error introducido por un amperímetro en el circuito. a) Armar el siguiente circuito:

A V=1v

R=1KΩ

Figura 2

I Voltaje de la fuente = 1v. b) Determinar teóricamente la corriente que deberá medir el amperímetro en su ausencia. Usando la ley de Ohm. 1V  i.1K

i= 10 3 A

c) Conectar el miliamperímetro según se muestra en la Figura 2. Seleccionar la escala más apropiada para poder leer la intensidad de corriente media con la mayor claridad posible. Anotar este valor en la tabla 4.

.

I(mA)

10mA

30 mA

100

I´(22 Ω)

7.6 mA

8.5 mA

0.8mA

d) Cambiar de escala el amperímetro a un rango superior. Anota el valor medido por el amperímetro llenando la tabla 4 *No presenta rango con la marca Stark. Ganz V fuente I s (mA)

a 1.0V e 0.2V

I’(150Ω) I’(22Ω)

12 10 6.4 (mA) 7.6 (mA)

30 30 5.4 (mA) 8.5 (mA)

60 100 6 (mA) 0.8 (mA)

I(teórico) 6.66 (mA) 9.09 (mA)

e) Cambiar el valor del voltaje de la fuente a 0,2 voltios, cambiar R a 390Ω, seleccionar la escala de intensidad de corriente más apropiada para poder leer la corriente medida con la mayor claridad posible, y anotar este valor en la tabla 4. En el módulo no contamos con el miliamperímetro analógico de marca Stark puesto que no se pudieron desarrollar las mediciones cuando tenemos la resistencia de 390Ω pero si con la resistencia de 22Ω. g) Hallar el error debido al amperímetro conociendo su sensibilidad y voltaje de operación. Comparar estos valores medidos. Se realizará en el cuestionario. h) Repetir el paso 3 haciendo uso del microamperímetro según lo pedido en la tabla 5 y llenarla. V = 0,3V. ·

Vfuente 0.3 v 0.2 v ·

Con el microamperímetro analógico de marca Yokogawa Pa. h. e.

IA(uA) I(1KΩ) I(390KΩ)

3000 200uA 310uA

1000 180uA 170uA

300 86uA 22.5uA

I(teóricos) 300uA 5uA

Con la marca Stark no presenta rango

i)Cambiar el valor de R a 5.1KΩ, repetir el paso 3 usando el microamperimetro según lo pedido en la tabla 6 y llenarla, usando Vf =0.3v Vfuente 0.3 v 0.2 v

Pa. h. e.

DATOS OBTENIDOS:

IA(uA) I(5.1KΩ) I(5.1KΩ)

300 42.6uA 22.5uA

100 27.5uA 18uA

30 XXX 21.6uA

I(teórico) 0.58uA 0.39uA

Tabla 1:

Tabla 2:

Tabla 3:

Tabla 4:

Tabla 5:

Tabla 6:

CUESTIONARIO FINAL:

1. ¿Cómo varía el error introducido por el voltímetro en el circuito de la figura1 cuando se varía la escala de voltaje? Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el voltímetro tenemos:

Sensibilidad del voltímetro(S) = 1000 Ω/V CASO a. Para: R1=5.1 kΩ R2=10 kΩ A escala de 10v: · · · · ·

La resistencia interna del voltímetro es RV=S×VS=1000×10=104 Error introducido por el voltímetro es ev =2.006 Error relativo introducido por el voltímetro ev (%)=(ev(100%))/V2=25.23% Valor practico obtenido de V2= 6.2 v Valor de V2 con error introducido=6.2(1+25.23%)=7.76 v

A escala de 30v: · · · · ·

La resistencia interna del voltímetro es RV=S×VS=1000×30=(3×10)4 Error introducido por el voltímetro es ev=0.804 Error relativo introducido por el voltímetro ev (%) = (ev(100%))/V2 =10.11 % Valor practico obtenido de V2= 7.15v Valor de V2 con error introducido=7.15(1+10.11%)=7.87 v

A escala de 100v: · · · · ·

La resistencia interna del voltímetro es RV=S×VS=1000×100=105 Error introducido por el voltímetro es ev=0.25 Error relativo introducido por el voltímetro ev (%) = (ev(100%))/V2 =3.26 % Valor practico obtenido de V2= 7.6v Valor de V2 con error introducido=7.6(1+3.26%)=7.84 v

CASO e. Para: R1=51 kΩ R2=100 kΩ

A escala de 10v: · · · · ·

La resistencia interna del voltímetro es RV=S×VS=1000×10=105 Error introducido por el voltímetro es ev=6.13 Error relativo introducido por el voltímetro ev(%)=(ev(100%))/V2 =77.1 % Valor practico obtenido de V2= 4.5 v Valor de V2 con error introducido=4.5(1+77.1%)=7.96 v

A escala de 30v: · · · ·

La resistencia interna del voltímetro es RV=S×VS=1000×30=3×104 Error introducido por el voltímetro es eV=4.2 Error relativo introducido por el voltímetro ev (%)=(ev(100%))/V2 =52.83 % Valor practico obtenido de V2= 4.9 v Valor de V2 con error introducido=4.9(1+52.83%)=7.48 v

A escala de 100v: · · · · ·

La resistencia interna del voltímetro es RV=S×VS=1000×100=105 Error introducido por el voltímetro es ev=0.2 Error relativo introducido por el voltímetro ev (%)=(ev(100%))/V2=2.52 % Valor practico obtenido de V2= 7.8 v Valor de V2 con error introducido=7.8(1+2.52%)=7.99 v

2. ¿Cuándo se presenta mayor error por la conexión del voltímetro al circuito de la figura 1? Por los datos obtenidos de los errores en la pregunta anterior podemos ver: CASO a) e)

Vs (V) ev ev

10 5.6 1.49

30 6.8 3.1

100 7 5

3 0.58

Como podemos ver en la tabla los errores del voltímetro disminuyen conforme su resistencia interna aumenta. En los casos a y e al aumentar la escala en el voltímetro el error introducido por éste disminuye en ambos casos. Para el caso a. Se presenta mayor error cuando se realiza la medida en la escala con menores divisiones que es en la escala de 12V. Para el caso e. El mayor error se realizara en la escala de voltaje de 6V. 3. ¿Cómo varia el error introducido por el amperímetro en el circuito de la figura 2 cuando se varia la escala de corriente? (casos a y e por separado). Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos:

eA 

V .R A R R  R A 

Vfuente

Pa

Is(mA)

5

10

25

1

1.0 V 0.2 V

a e

I (1 K  I (390 

0.65 mA 0.68 mA

0.7 mA 0.65 mA

0.75 mA 0.6 mA

0.58

Caso a: La sensibilidad del amperímetro es 0.1 /V. R=1K V= 1v. RA 

V R I

Escala de 5 mA: La resistencia interna total del amperímetro es: RA =

1 _ 1000 = 538.5  -3 0.65x10

Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos: eA = 3.5x10-4 A eV% = 35% Escala de 10 mA: La resistencia interna total del amperímetro es: RA =

1 _ 1000 = 428.5  -3 0.7x10

Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos: eA = 2.9x10-4 A eV% = 29.9% Escala de 25 mA: La resistencia interna total del voltímetro es: RA =

1

_ 1000 = 333.3 

0.75x10-3 Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos: eA = 2.4x10-4 A eV% = 24.9% Caso e: La sensibilidad del amperímetro es 0.1 /V. R = 390  V= 0.2v RA 

V R I

Escala de 5 mA: La resistencia interna total del amperímetro es: 1 _ 390 = 1080.5  -3 0.68x10 Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos: RA =

eA = 3.7x10-4 A eV% = 73.4% Escala de 10 mA: La resistencia interna total del amperímetro es: RA =

1 _ 390 = 1148.46  -3 0.65x10

Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos: eA = 3.8x10-4 A eV% = 74.6% Escala de 25 mA: La resistencia interna total del voltímetro es: RA =

1 _ 390 = 1276.6  -3 0.6x10

Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos:

eA = 3.9x10-4 A eV% = 76.5%

4. ¿Cuándo se presenta mayor error por la conexión del amperímetro al circuito de la figura 2? Explicar las causas de ello (casos a y e). Con los datos obtenidos de la pregunta anterior se puede afirmar lo siguiente: Para el caso “a” se presentó menor error para la resistencia de 10K  a la escala de 10mA en el miliamperímetro con un valor de la fuente de 1 voltio; porque cuanto más pequeña sea la corriente de deflexión de plena escala será mayor la sensibilidad del miliamperímetro. Para el caso “e” se presentó mayor error para la resistencia de 22  a la escala de 10mA en el miliamperímetro con un valor de la fuente de 0.2 voltios; debido a la resistencia utilizada, el estado de los conectores y cables del que fueron de uso incorrecto. 5. ¿Con cuál instrumento se presento mayor error, con el voltímetro o con el multímetro? Explicar las causas de ello. Se presenta mayor error en el voltímetro. El multímetro indica la cantidad que se está midiendo en una pantalla numérica en lugar de la aguja y la escala que se emplea en los medidores analógicos. La lectura numérica le da a los medidores electrónicos digitales las siguientes ventajas sobre los instrumentos analógicos en muchas aplicaciones: · Las exactitudes de los voltímetros electrónicos digitales son mucho mayores que las de los medidores analógicos. Por ejemplo, la mejor exactitud de los medidores analógicos de aproximadamente 0.5% mientras que las exactitudes de los voltímetros digitales pueden ser de 0.005% o mejor. Aun los multímetros más sencillos tiene exactitudes de al menos ± 0.1%. ·

Para cada lectura hecha con el multímetro se proporciona un número definido. Esto significa que dos observadores cualquiera siempre verán el mismo valor. Como resultado de ello, se eliminan errores humanos como el paralaje o equivocaciones en la lectura.

·

La lectura numérica aumenta la velocidad de captación del resultado y hace menos tediosa la tarea de tomar las mediciones. Esto puede ser una consideración importante en situaciones donde se deben hacer un gran número de lecturas.

·

El multímetro también puede contener un control de rango automático y polaridad automáticos que los protejan contra sobrecargas o de polaridad invertida.

6. Explicar lo sucedido con el micro amperímetro indicando sus valores de resistencia interna para cada caso. ¿cuál es el valor resistivo del medidor de bobina móvil? Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el micro amperímetro tenemos:

eA 

V .R A R R  R A 

Entonces por fórmula calculamos el valor resistivo del medidor de bobina móvil: Rm  I A R A S S=1/15  v

Caso h: La sensibilidad del amperímetro es 0.1 /V. R = 5.1K  V= 0.3v RA 

V R I

Escala de 300 mA: La resistencia interna total del amperímetro es: RA =

0.3 _ 5.1k = 1942.25  -6 42.6x10

Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos: eA = 1.62x10-5 A eV% = 1.62% Hallando la resistencia del medidor de bobina móvil: Rm = (42.6x10-6) (1942.25) (1/15) = 5.516x 10-3  Escala de 100 mA: La resistencia interna total del amperímetro es:

RA =

0.3 _ 5.1k = 5809.1  27.5x10-6

Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos: eA = 3.13x10-5 A eV% = 3.13% Hallando la resistencia del medidor de bobina móvil: Rm = (27.5x10-6) (5809.1) (1/15) =0.01  Caso e: La sensibilidad del amperímetro es 0.1 /V. R = 5.1k  V= 0.2v RA 

V R I

Escala de 300 mA: La resistencia interna total del amperímetro es: RA =

0.2 22.5x10-6

_ 5.1k = 3788.8 

Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos: eA = 1.67x10-5 A eV% = 1.67% Hallando la resistencia del medidor de bobina móvil: Rm = (22.5x10-6) (3788.8) (1/15) = 5.68x 10-3  Escala de 100 mA: La resistencia interna total del amperímetro es: RA =

0.2 18x10-6

_ 5.1k = 6011.11 

Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos:

eA = 2.12x10-5 A eV% = 2.12% Hallando la resistencia del medidor de bobina móvil: Rm = (18x10-6) (6011.11) (1/15) = 7.2x 10-3  Escala de 30 mA: La resistencia interna total del voltímetro es: RA =

0.2 21.6x10-6

_ 5.1k = 4159.25 

Entonces por fórmula para hallar el error introducido por el amperímetro tenemos: eA = 1.76x10-45 A eA% = 1.76% Hallando la resistencia del medidor de bobina móvil: Rm = (21.6x10-6) (4159.25) (1/15) = 5.98x 10-3  CONCLUSIONES -En un instrumento la precisión depende de cuantas subdivisiones tenga una determinada escala. -El multimetro digital tiene mayor precisión por ser de más fácil lectura. -Para poder medir la diferencia de potencial en dos puntos dados el voltímetro se debe colocar en paralelo. -Para poder medir cuanta corriente circula en un determinado circuito el amperímetro se debe colocar en serie.

BIBLIOGRAFÍA -CIRCUITOS ELECTRICOS Dorf-Svoboda, 5 ta edición, Alfaomega grupo editor, México, 2003. -TEORIA DE CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELECTRONICOS Boylestad-Nashelsky, 8 va edicion, Pearson educación, Mexico, 2003.