Informe Final 1.docx

Informe I

Experiencia n° 1: Los Instrumentos de Medida Guerra Ramos, Jürgen Anders, 17190099. Pino Santillán, David Marcelo, 17190159. Galarza Cuba,Jose Luis, 17190111. Universidad Nacional Mayor de San Marcos

RESUMEN esde el siglo XIX a partir de la Primera Revolución Industrial el hombre ha tenido que estar en constante relación con la electricidad y sus sistemas de uso, para esto se idearon instrumentos que le permitiera medir con la mayor precisión posible ciertas características de la electricidad como por ejemplo la corriente o la diferencia de voltaje. El uso de estos instrumentos se remonta desde la primera descripción de un galvanómetro que fue hecha por Johann Schweigger en 1820 quien junto con Hans Oersted se dieron cuenta que el efecto que se producía en una brújula al acercarla a un cable por el que pasaba una corriente podía utilizarse para medir ciertas características de la electricidad, a partir de ese momento se empezaron a constituir métodos cada vez más exactos de medir estas características. Mientras más exactos eran estos instrumentos mejor el ser humano podía diseñar sistemas que le permitan aprovechar la electricidad. Con la aparición de los voltímetros digitales en el año 1952 creados por Andrew F. Key se mejoraron mucho más las mediciones y se disminuyó el riesgo de que tanto el instrumento como el operario sufrieran daños irreversibles. Este trabajo en su afán de comprender mejor el funcionamiento de los instrumentos complementa el estudio teórico de estos y su uso poniendo en evidencia los distintos modos y especificaciones de cada instrumento. Asimismo, permite familiarizarse con los rangos de medición y los tipos de instrumentos (Analógicos y digitales). Complementa el trabajo realizado teóricamente y comprueba la verosimilitud de algunas de las más importantes leyes de la electricidad. Por último y más importante nos permite reconocer y precisar las normas de seguridad y algunas precauciones que se deben de tomar en cuenta antes, durante y después de realizar una medición para proteger la integridad del instrumento y la integridad del operario.

D

S

ABSTRACT ince the nineteenth century since the First Industrial Revolution man has had to be in constant relationship with electricity and its systems of use, for this instruments were designed to allow him to measure as accurately as possible certain characteristics of electricity as per example the current or voltage difference. The use of these instruments dates back to the first description of a galvanometer that was made by Johann Schweigger in 1820 who together with Hans Oersted realized that the effect that was produced in a compass when approaching it to a cable through which a current passed it could be used to measure certain characteristics of electricity, from that moment on, increasingly exact methods of measuring these characteristics began to be established. The more accurate these instruments were, the better the human being could design systems that would allow him to take advantage of electricity. With the appearance of the digital voltmeters in the year 1952 created by Andrew F. Key, the measurements were much improved and the risk that both the instrument and the operator suffered irreversible damage was reduced. This work in its desire to better understand the functioning of the instruments complements the theoretical study of these and their use, highlighting the different modes and specifications of each instrument. It also allows you to familiarize yourself with the measurement ranges and the types of instruments (Analog and digital). It complements the work done theoretically and verifies the likelihood of some of the most important laws of electricity. Lastly and most importantly, it allows us to recognize and specify the safety standards and some precautions that must be taken into account before, during and after a measurement to protect the integrity of the instrument and the integrity of the operator.

PALABRAS CLAVE Instrumentos de medición, Multímetro Digital, Multímetro Analógico, Amperímetro, Osciloscopio, Generador de señales, Fuentes de poder, Voltímetro.

KEYWORDS Measuring instruments, Digital Multimeter, Analog Multimeter, Ammeter, Oscilloscope, Signal Generator, Power sources, Voltmeter.

Informe I I.

INTRODUCCION C.Importancia de la experiencia - Permiten localizar las causas de una operación defectuosa en aparatos eléctricos en los cuales en su mayoría no es posible apreciar su funcionamiento en una forma visual. - Permite entender el funcionamiento, importancia y características de las unidades eléctricas que en su mayoría no son perceptibles por nuestros sentidos. - Prevé y permite reducir los riesgos de accidentes que puedan ocasionarse.

A.Base Teórica Los instrumentos de medición son los que hacen posible la observación de cualquier fenómeno físico y su cuantificación. No obstante, al realizar una medición en el mundo real, los instrumentos no son sistemas ideales, por lo tanto, tienen una serie de limitaciones que se deben tomar en cuenta para poder juzgar si afectan de alguna manera las mediciones que se realizan, y así determinar la veracidad de las mediciones. Los instrumentos se caracterizan y se especifican de acuerdo a términos relacionados con: -

D.Objetivos de la Experiencia - Reconocer y familiarizarse en el uso de los instrumentos básicos de medida (multimetro, fuente de alimentación DC, generadores y osciloscopio). - Conocer las características principales, la utilidad, correcto uso y conexión de los instrumentos de medición señalados. - Apreciar las diferencias entre el valor teórico y medido del voltaje, corriente y resistencias. - Conocer la funciona básica del generador de señales y como actúa una señal variable frente a un circuito. - Conocer las funciones básicas del osciloscopio, como interpretar las graficas y obtener algunos datos de estas. - Precisar las normas de seguridad y las precauciones que se deben tomar en cuenta para el correcto uso de los instrumentos.

Señal. Rango. Calidad de lectura. Características estáticas de exactitud y precisión. Características Dinámicas Energía. Operación.

II.

MATERIALES Y METODOS

A. Equipos Utilizados Fig. 1:Instrumentos de medida electrica,marca FLUKE:Multimetro, pinzas amperimetricas,comprobadores electricos,luxometro,etc.

B. Unidades de medición eléctrica - Unidad de tensión(Voltio) [U] = [P]/[I]= W/A = V



Multímetro digital Prasek Premium PR-301 Multímetro digital que mide voltejes DC y AC hasta 500V, corriente DC hasta 10A, resistencias hasta 20MΩ, diodos, continuidad, salida de onda cuadrada, temperatura, etc. Cuenta la función de retención de datos y funciona con batería de 9V.

- Unidad de resistencia(Ohm) [R] = [U]/[I] = V / A = Ω - Cantidad de electricidad (Coulomb) [Q] = [I].[t] = A . s = C - Inducción magnética (Weber) [j ] = [U]. [t] = V.s = Wb - Energía [U].[I].[t] = [U].[Q] = [I].[j ] Joule - Coeficiente de autoinducción (Henry) [L] = [F ]/[I] = Vs/ A = H - Capacitancia (Faradio o farad) [C] = [Q]/[U] = C/V = A.s/V = F

Fig. 2:Multimetro digital Prasek Premium PR-301

Informe I 

Fuente de poder DC BK Precision 1630: La fuente de alimentación BK Precision 1630 es una fuente de alimentación CD que proporciona una salida de CD de 030 voltios, ajustable con controles gruesos y finos para una capacidad de ajuste precisa. Además proporciona una salida de corriente es 0-3 amperios.

Fig. 6:Cable conector del osciloscopio al circuito



Protoboard: Sirvió como una placa de prueba para montar el circuito.



Cables de conexión cocodrilo-cocodrilo: Utilizados para el transporte de corriente eléctrica de la fuente de alimentación al circuito.



Resistencias de 1KΩ (3) y 2kΩ: Objetos a evaluar en el experimento de los cuales se obtuvo datos como su valor real, su tensión al conectar una fuente y la corriente eléctrica que recorría.

Fig. 3:Fuente de poder DC-BK precision 1630



Generador de señales CFG253: Este generador de funciones producen ondas senoidales, cuadradas y triangulares. Tiene un ancho de banda de salida de 0.03 Hz a 3 MHz. Fig. 7:Protoboard con el circuito montado.

C. Software utilizado  Fig. 4:Generador de señales cfg253



Osciloscopio GW instek gds-1072a-u:

Proteus Design Suite: Proteus es un conjunto de herramientas de software propio que se utiliza principalmente para la automatización de diseño electrónico . El software es utilizado principalmente por ingenieros de diseño electrónico y técnicos para crear esquemas e impresiones electrónicas para la fabricación de placas de circuitos impresos .

D. Procedimiento realizado

Fig. 5:Osciloscopio gw instek gds-1072a-u



B. Materiales adicionales: Punta de prueba de osciloscopio: Conformado con un conector BNC, cable coaxial, cables rojo y negro y dos conectores cocodrilos rojo y negro.

1.-Para comenzar se implemento el circuito mostrado en el circuito 1.1.Luego se midió la caída de tensión en cada resistencia (VR1, VR2, VR3 y VR4) conectando el multimetro modo voltímetro en paralelo y la intensidad de corriente en cada rama del circuito conectando el multimetro modo amperímetro en serie. Los datos obtenidos fueron anotados en la tabla 1.1 y 1.2.

Informe I

3 2.5

V

2 1.5 1 0.5

0 VR1

VR2

VR3

Circuito 1.1

2.- Luego se determino teóricamente la resistencia equivalente del circuito mostrado en el circuito 1.1 usando el valor teórico de las resistencias según el patrón de colores y haciendo los cálculos correspondientes. Después de desconecto del circuito la fuente de alimentación midiendo así la resistencia equivalente con el multimetro modo ohmímetro. Y por último, se calculo la resistencia equivalente a partir de los valores medidos de tensión de la fuente V y la intensidad de corriente I1. Completándose así la tabla 1.3. 3.- Finalmente en el circuito 1.1, se reemplazo la fuente de poder DC por un generador de señales. Se estableció con ayuda del profesor una señal de salida del generador una sinusoide de 1KHz de frecuencia y 1Vpico de amplitud.Midiendose con el osciloscopio el nivel de tensión pico en cada uno de los elementos del circuito. Completándose la tabla 1.4.

Simulado

Medido

Fig. 9: Comparación de datos simulado y medido

Tabla que compara el % de error en la Tabla 1.1

𝑉𝑅1 𝑉𝑅2 𝑉𝑅3 𝑉𝑅4

%error en el valor simulado 0% 0% 0% 0%

%error en valor medido 0.4% 1.2% 0.8% 1.6%

Operaciones para el %error en el valor simulado: %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅1 =

|2.5 − 2.5| . 100 2.5

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅1 = 0% %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅2 =

|2.5 − 2.5| . 100 2.5

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅2 = 0% %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅3 =

|1.25 − 1.25| . 100 1.25

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅3 = 0% %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅4 = Fig. 8:Medicion de la resistencia equivalente

III.

|1.25 − 1.25| . 100 1.25

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅4 = 0%

RESULTADOS

Operaciones para el %error en el valor medido:

Tabla 1.1 Valor teórico Valor simulado Valor medido

𝑉𝑅1

𝑉𝑅2

𝑉𝑅3

𝑉𝑅4

2.5V

2.5V

1.25V

1.25V

2.5V

2.5V

1.25V

1.25V

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅1 =

2.53V

1.26V

1.27V

|2.5 − 2.51| . 100 2.5

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅1 = 0.4% %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅2 =

2.51V

VR4

Voltaje en Resistencia

|2.5 − 2.53| . 100 2.5

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅2 = 1.2%

el

Informe I %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅3

|1.25 − 1.26| = . 100 1.25

|1.25 − 1.25| %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼3 = . 100 1.25

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅3 = 0.8% %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅4 =

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼3 = 0%

|1.25 − 1.27| . 100 1.25

Operaciones para el %error en el valor medido:

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅4 = 1.6% %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼1 =

|2.5 − 2.56| . 100 2.5

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼1 = 0.4%

Tabla 1.2 Valor teórico Valor simulado Valor medido

|1.25 − 1.2| . 100 1.25

𝐼1 2.5mA

𝐼2 1.25mA

𝐼3 1.25mA

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼2 =

2.5mA

1.25mA

1.25mA

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼2 = 4%

2.56mA

1.2mA

1.28mA

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼3 =

|1.25 − 1.28| . 100 1.25

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼3 = 2.4% 3 2.5

Tabla 1.3

mA

2

2000Ω 1956Ω 1968.8Ω

Resistencia teórica Resistencia medida Resistencia calculada

1.5

1 0.5 0 I1

I2

𝑅𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 =

I3

Intensidad en Resistencia

𝑅𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 = Simulado

Medido

𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐼1

5.04 2.56𝑥10−3

𝑅𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 = 1968.8Ω Fig. 10: Comparación de datos simulado y medido

2000

Tabla que compara el % de error en la Tabla 1.2 %error en el valor medido

1500

2.4% 4% 2.4%

1000

Ω

𝐼1 𝐼2 𝐼3

%error en el valor simulado 0% 0% 0%

500

Operaciones para el %error en el valor simulado: %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼1 =

|2.5 − 2.5| . 100 2.5

0 Rtotal Resistencia total

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼1 = 0% |1.25 − 1.25| %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼2 = . 100 1.25

Teórico

Medido

Calculada

Fig. 11: Comparación de datos simulado y medido

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝐼2 = 0%

Informe I Tabla que compara el % de error en la Tabla 1.3

𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

%error en el valor medido 2.2%

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅1

%error en el valor calculado 1.56%

|1.13 − 1.13| = . 100 1.13

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅1 = 0% %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅2 =

Operaciones para el %error en el valor medido: %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅2 = 0%

|2000 − 1956| = . 100 2000

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅3 =

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2.2%

|590 − 590| . 100 590

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅3 = 0%

Operaciones para el %error en el valor calculado: %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

|550 − 550| . 100 550

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅4 =

|2000 − 1968.8| = . 100 2000

|270 − 270| . 100 270

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅4 = 0%

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1.56%

Operaciones para el %error en el valor medido: %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅1 =

|1.13 − 1| . 100 1.13

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅1 = 11.5%

Tabla 1.4 Valor teórico Valor simulado Valor medido

|550 − 420| . 100 550

𝑉𝑅1 1.13V

𝑉𝑅2 550mV

𝑉𝑅3 590mV

𝑉𝑅4 270mV

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅2 =

1.13V

550mV

590mV

270mV

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅2 = 23.6%

1V

420mV

520mV

280mV

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅3 =

|590 − 520| . 100 590

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅3 = 11.9% 1.2

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅4 =

1 0.8

|270 − 280| . 100 270

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑉𝑅4 = 3.7%

0.6

IV.

0.4 0.2 0 VR1

VR2

VR3

VR4

Voltaje en Resistencia

Simulada

medida

Fig. 12:Comparación de datos simulado y medido

𝑉𝑅1 𝑉𝑅2 𝑉𝑅3 𝑉𝑅4

%error en el valor simulado 0% 0% 0% 0%

%error en el valor medido 11.5% 23.6% 11.9% 3.7%

Operaciones para el %error en el valor simulado:

DISCUSION DE RESULTADOS

1. ¿Qué cuidados debe tener antes de realizar una medición de intensidad de corriente eléctrica? En caso de que se mida una intensidad de corriente superior a la soportada por el instrumento (o el rango seleccionado), ¿Qué podría pasar? Los cuidados a tener en una medición de intensidad de corriente son:  Conectar el amperímetro en serie con la resistencia.  Verificar la polaridad al conectar el amperímetro.  Conectar el amperímetro cuando el circuito no esté recibiendo una carga.  Calcular un valor aproximado a medir para poder colocar a una escala adecuada del amperímetro. Cuando se mide una intensidad de corriente superior a la soportada en un amperímetro analógico este podría romperse la aguja que indica la medida de la intensidad

Informe I corriente, también el amperímetro si su circuito interno no soporta la corriente podría quemar algunos componentes como resistencias y ya no serviría para medir la intensidad de corriente. Cuando se mide una intensidad de corriente superior a la soportada en un amperímetro digital algunos componentes de su circuito interno se quemarían como las resistencias y ya no serviría para medir la intensidad de corriente. 2. ¿Qué cuidados debe tener antes de realizar una medición de tensión utilizando un osciloscopio? Por seguridad es obligatorio colocar a tierra el osciloscopio. Si se produce un contacto entre un alto voltaje y la carcasa de un osciloscopio no puesto a tierra, cualquier parte de la carcasa, incluidos los mandos, puede producirle un peligroso shock. Mientras que un osciloscopio bien colocado a tierra, la corriente, que en el anterior caso te atravesaría, se desvía a la conexión de tierra. También verificar que no halla corto circuito en el circuito a medir. Conectar en paralelo a la resistencia para medir su tensión. 3. ¿Existen diferencias en cuanto a los valores teóricos, simulados, medidos y calculados? De ser así indique las posibles razones de estas diferencias. No existen diferencia entre los valores teóricos, valores simulados, valores calculados; pero estos valores si se diferencian de los valores calculados esto se debe a:  Una posible razón seria que no se tomaron en cuenta las resistencias internas de los instrumentos que se usaron para medir la intensidad de corriente, el voltaje.  También se debe a que las resistencias usadas no tienen el valor exacto a lo teórico.

 Otra posible razón seria el efecto de carga tiene que ver con el error en la medición de un determinado parámetro, cuando se emplea un determinado instrumento que modifica el sistema a medir, como las impedancias de los instrumentos usados. V. CONCLUSIONES  Una de las cosas que más salta a la vista viendo los resultados de comparación de errores entre la medición teórica y la simulada es que ambas son iguales en casi todos los eventos, esto debido a que él simulador usado (Proteus) está diseñado con especificaciones que se ciñen estrictamente a las leyes de la física, el simulador no considera errores ni tolerancias.  Asimismo, los errores que se observan dentro de los valores medidos y los valores teóricos están dentro de los límites establecidos por la tolerancia, excepto en el cálculo del generador de señales cuyo promedio de error supera el 10%.  Los dispositivos analógicos son mucho más difíciles de usar que los digitales, por ejemplo, requieren ser calibrados antes de usar y si se les conecta al revés tienden a malograrse esto hace que tengan más probabilidades de cometer errores como el error por paralelaje. VI.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

-Guerrero Zúñiga,”Aparatos de medición eléctrica”, Centro de Bachillerato Tecnológico industrial y de servicios, México, Tecnol., N°70, 2007. -J.A. Calderón Vielma, ”Fundamentos de la medición eléctrica-Teoría y prácticas de laboratorio”, Escuela de Ingeniería Eléctrica-Departamento de Circuitos y MedidasUniversidad de Los Andes, Venezuela, Tecnol., 2006. -¿?, “Medidas Eléctricas”, Departamento de Ingeniería Eléctrica-E.T.S.I.I-Universidad Politécnica de Madrid, España, Tecnol., ¿?. -Ladislao Saucedo y Rubén Flores, “Instrumentos de medición Eléctrica”, Faculta de Ingeniería-Universidad Nacional de Misiones, Argentina, Tecnol., ¿?. -“Datos obtenidos utilizando los instrumentos de medida”, notas de clase para 191S1935, Laboratorio de Circuitos Eléctricos I, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, otoño 2018.