LABORATORIO DE TECNOLOGA ELCTRICA ESCUELA POLITCNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICAREA DE CIRCUITOS ELCTRICOS

XINFORME TRABAJO PREPARATORIO

XTecnologa Elctrica

Circuitos Elctricos I

Circuitos Elctricos II

Prctica #: 05 Tema: CONSTRUCCIN Y USO DE UN AMPERMETRO MULTI- RANGO

Realizado por:

WTE4-2 WTE4-2Alumno (s): William D. Suntaxi P. Grupo:

(Espacio Reservado)Fecha de entrega: 2015 / 11 / 24f. ______________________ ao mes da Recibido por: Sancin:________________________________________________

Semestre: Sep - Feb _X_Mar - Ago ____2015 B

ESCUELA POLITCNICA NACIONALCampus Politcnico "J. Rubn Orellana R."FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICACarrera de Ingeniera Electrnica y ControlCarrera de Ingeniera Electrnica y TelecomunicacionesCarrera de Ingeniera Electrnica y Redes de InformacinCarrera de Ingeniera Elctrica

LABORATORIO DE TECNOLOGA ELCTRICAPRCTICA N5 1. TEMA CONSTRUCCIN Y USO DE UN AMPERMETRO MULTI-RANGO

2. OBJETIVOS Construir un mili-ampermetro de 0,05 [A] de fondo escala (se puede hacer un multi-rango) en base a los datos Ri e I fondo escala del micro-ampermetro de la prctica anterior.Aplicar la constante de escala del nuevo aparato en la medicin de intensidades de corriente en un circuito elctrico.

3. INFORMACIN3.1 Consultar sobre ampermetros multi-escalas.El ampermetro es un aparato o instrumento que permite medir la intensidad de corriente elctrica, presentando directamente sobre su escala calibrada las unidades empleadas para ello denominadas amperios o bien fracciones de amperios, la medida deseada. Su utilizacin es muy amplia ya que con independencia de su propia aplicacin directa de medida, tambin se emplea como base para la construccin de otros instrumentos, como voltmetros, hmetros, etc. Su funcionamiento est basado en uno de los principios fundamentales del electromagnetismo que en su forma ms simple nos indica que cualquier corriente elctrica pasa por un hilo conductor produce un campo magntico alrededor del mismo (similar al campo magntico de un imn),cuya fuerza depende de la intensidad de la corriente que circule. Ampermetros de bobina mvil Est formado como su nombre indica, por una bobina circular de hilo conductor colocada sobre un pivote colocado sobre el centro de la misma, de forma que puedas girar sobre l. Todo el conjunto est situado dentro del campo magntico de un imn fijo. Al circular una corriente elctrica por la bobina, en esta se crear una fuerza magntica de manera tal que se producir un fenmeno de atraccin o repulsin con respecto al imn, y la bobina girar sobre el pivote. El movimiento de la bobina est controlado por unos resortes que sirven tambin para la entrada y salida de la corriente a travs de ellos. El ampermetro de bobina mvil puede usarse solamente con corriente continua, ya que la corriente alterna hara mover la bobina rpidamente en ambos sentidos. Ampermetros de hierro mvil Al igual que el anterior descripto, est formado por una bobina por la que circula la corriente que produce el campo magntico. Pero, en este caso, la bobina es fija y no hay imn fijo que cause su giro. En su lugar, se fija un trozo de hierro a la bobina y otro unido a una aguja mvil sobre un pivote. Cuando circula corriente por la bobina, ambos trozos de hierro se transforman en imanes por el efecto magntico de la corriente y mutuamente se repelen, sin importar el sentido de dicha corriente. En este caso se utiliza un resorte para controlar el movimiento de la aguja. La magnitud de la fuerza de repulsin y por consiguiente la amplitud del movimiento de la aguja dependen de la cantidad de corriente que circula por la bobina. En este modelo de ampermetro no importa el sentido de la corriente que circula, por lo tanto, puede usarse para corriente continua y corriente alterna indistintamente. Ampliacin del fondo de escala de un ampermetro Se dijo anteriormente que el alcance de todo instrumento puede ser ampliado. En el caso del ampermetro se emplea, a tal fin, un dispositivo llamado shunt (en ingls, derivacin) Este permite que slo atraviese la bobina mvil del instrumento, aquella corriente que el mismo puede tolerar. Un shunt est conformado por una resistencia de precisin de valor hmico menor que el presentado por la bobina mvil del instrumento, permitiendo, de esta forma, que la otra porcin de corriente no tolerada, pase a travs de l.

Las caractersticas del shunt dependen del rango de medida que se necesite y que viene determinado en la escala del ampermetro, por lo tanto, para cambiar la escala de medida de un instrumento, bastara cambiar el shunt ya que la bobina sera la misma.

Los ampermetros se dividen por su capacidad de medicin en:

Ampermetro (amperes). Miliampermetros (milsimas de amperes). Micro ampermetros (millonsimas de amperes).

Pero aun dentro de cualquiera de estas capacidades tendrn limitaciones debido al mtodo con que se construye. Por lo que es necesario ampliar su rango de operacin y respuesta.Existir una corriente mxima que podr circular por l sin destruirse.Esta corriente se denomina corriente de fondo de escala, de plena escala o mxima permisible ya que es la que lleva la aguja al extremo de la escala.La bobina y las terminales de conexin presentan una resistencia elctrica muy baja (pero no cero).El error tpico es de aproximadamente 1 % del valor a fondo escala.

Por ejemplo:La bobina mvil, teniendo en cuenta su delicada construccin, no puede conducir ms que una pequea fraccin de amperio. Para valores mayores, la mayor parte de la corriente se hace por una derivacin, o shunt, de baja resistencia en paralelo con el instrumento. La escala, sin embargo, se calibra generalmente para leer en ella la corriente total 1, aun cuando la corriente I, que pasa por la bobina sea slo de unos cuantos miliamperios.

El shunt tpico, consiste en una o ms tiras de aleacin de resistencia soldadas a bloques termnales de latn; el cable se atornilla a stos, suministrndose los tornillos necesarios.Un ampermetro ideal es aquel que posee resistencia interna cero.

3.2 Desarrolle la expresin matemtica y determine el valor terico de la resistencia shunt para que el micro-ampermetro y mili-ampermetro de la prctica anterior puedan medir hasta 0,05 [A].

A los instrumentos de medida tales como: galvanmetros, miliampermetros o ampermetros, se les puede cambiar su campo de medida esto es, ampliar su escala fundamental.Para disear un ampermetro de cierta escala se necesita conocer los siguientes datos:

1. Corriente del instrumento a fondo de escala (Ig)2. Intensidad de corriente mxima que desea medir (It)3. Resistencia interna del instrumento (ri)

IgriIshItRsh+ ab

Despejando Rsh se tiene:

La ecuacin deducida anteriormente permite determinar el valor de Rsh, en funcin de la relacin de las corrientes por el galvanmetro y la que circula por la resistencia shunt.Sin embargo existe otra forma de determinar la resistencia en funciones de un factorn denominado factor de ampliacin. La corriente total a medirse (alcance del instrumento) ser n veces lo que marca el instrumento de medida.

Remplazando en la ecuacin de arriba:

Donde:Rsh= resistencia Shunt.Ri= resistencia interna del instrumento.n= factor de ampliacin de escalaIt= corriente de diseo a fondo de escala.Ig= Corriente fondo de escala del instrumento.

Del ejercicio anterior se puede concluir:

4. EQUIPO Y MATERIALES

4.1. Fuentes: 1 Fuente de DC4.2. Elementos: 1 Resistor decdico de 0 a 10K1 Restato de 6001 Tablero de resistores (100 y 300 ) 4.3. Equipo de medida: 1 -ampermetro anlogo (10 o 50 A)1 mili-ampermetro (3 mA o 5 mA)1 Multmetro Analgico1 Multmetro Digital4.4. Elementos de maniobra y Proteccin: 1 Interruptor doble con proteccin3 Interruptores simples1 Adaptador para medir corrienteJuego de cables

5. PROCEDIMIENTO 5.1 En el circuito de la Figura 1 y con el objeto de comprobar la veracidad del valor de la resistencia paralelo (shunt) calculada en el trabajo preparatorio, colocar la fuente en 10 V, Rv en del mximo valor, poner el valor de resistencia (calculada para 0,05 A de fondo de escala) en el resistor Rs. Ir variando Rv (o el valor de la fuente) hasta que en el multmetro (A1) se tenga el valor de corriente diseado 50 mA. En el micro-ampermetro (A2) original deber marcar su valor de fondo escala en el caso de que el miliampermetro est bien diseado, anotar el resultado

Figura 1

5.2 En caso de ser necesario, ajustar simultneamente Rv y Rs hasta que el multmetro marque el valor de corriente de diseo (50 mA) y el micro ampermetro original su valor de fondo de escala (el valor en Rs es el valor prctico de Rsh) y los terminales a-b son los terminales del mili-ampermetro de 50 mA fondo de escala.5.3 Armar el circuito de la Figura 2 con los elementos de proteccin y maniobra necesarios.5.4 Tomar datos de: corriente total y corriente en cada elemento con el multmetro digital, con el multmetro analgico y con el mili-ampermetro construido (aplicar la constante de escala calculada para determinar su valor).

Figura 2

6. INFORME

6.1 Presentar un cuadro de valores en el que consten: valores medidos, valores calculados y errores de lectura expresados en forma porcentual (considere como valor real el valor tomado con el multmetro digital).

Clculo de la resistencia Shunt

APARATOS DE MEDIDAI1I2I3

MULTMETRO DIGITAL34.6 mA24.3 mA7.6 mA

MULTMETRO ANALGICO34 mA25 mA8 mA

MICRO-AMPERMETROcte escala = 333.3 mA24.5 mA8.4 mA

ERROR PORCENTUAL

-5.17%-2.27%-12.5%

Error relativo =

MULTMETRO ANALOGO

Error relativo = = 1.73 %

Error relativo = = 2. 88 %

Error relativo = = 5.26 %

AMPERMETRO

Error relativo = = 3.75 %

Error relativo = = 0.82 %

Error relativo = = 10.52 %

6.2 Calcular los valores de todas las corrientes, resolviendo el circuito de la Figura 2 por cualquier mtodo. Considere S1, S2 y S3 ON.

Rs = 991.100 Rs resistencia multiplicadora.

R1=50

R2=100

R3=200

Escala 50:

Escala 5:

6.3 Presentar en un solo grfico la escala del micro-ampermetro original y la escala elaborada (50 mA), comentar los resultados y justificar las variaciones.

Al realizar el clculo de la resistencia Shunt, el resultado dio con 5 cifras decimales y el resistor decdico solo tena dos cifras decimales, por lo que se obtuvo errores en la medicin de las intensidades de corriente.

El voltaje al momento de realizar la prctica variaba por que se encontraban conectadas al mismo tiempo varias fuentes en otras mesas de trabajo, esto ocasionaba una variacin muy pequea en la lectura del micro-ampermetro.

6.4 Presentar los clculos necesarios y un grfico en el que se identifique claramente la escala original del micro-ampermetro y las escalas para un ampermetro de 0,3 y de 4 (A) fondo escala

IntensidadesResistencia ShuntCte de escala

0.10.798

30.027

6.5 Presentar el diagrama circuital y el clculo de las constantes de escala para estos dos nuevos valores (0,3 y 4 A).

6.6 Comentar y justificar los errores cometidos.

Los errores presentes en esta prctica pueden deberse a la mala apreciacin de los estudiantes al observar las medidas entregadas por los aparatos de medida analgicos esto puede ser un error de paralaje.

Otro error puede ser la perdida de energa en el circuito por lo cual los valores no coinciden con los calibrados al inicio de la practica.

Otro error claro es el no conocer la medida exacta de la resistencia interna del galvanmetro utilizado.

6.7 Conclusiones y recomendaciones

Con base en el conocimiento de la resistencia interna de un galvanmetro se demostr que se puede construir un mili-ampermetro que tiene una escala diferente a las que vienen establecidas en los aparatos.

El valor medido en la nueva escala debe ser multiplicado por la constante de escala, para as obtener un valor ms preciso de la intensidad que deseamos medir. Teniendo la resistencia Shunt (conociendo su valor) y con varias resistencias en paralelo se puede obtener un ampermetro de la escala que se requiera para cualquier aplicacin donde tengamos un ampermetro (o miliampermetro) cuya escala nos sea insuficiente.

Cuando se arma el circuito se debe tener en cuenta la utilizacin del equipo de proteccin y maniobra, para proteger al circuito de cualquier anomala y para no cometer de esta manera errores en el mismo y tambin para evitar daos posteriores en el equipo de laboratorio.

Deben conectarse correctamente los elementos del circuito y los correspondientes aparatos de medida, tenindose muy en cuenta la polaridad.

En lo posible debe utilizarse los instrumentos digitales en la toma de mediciones.

Deben realizarse mediciones en distintas escalas para tener una idea del error que se comete en las lecturas.

6.8 Bibliografa

TIPPENS, Fsica general, 6ta edicin http://es.wikipedia.org/wiki/galvanometro http://es.wikipedia.org/wiki/miliamperimetro http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/fisica/electymagne/LABORATORIOS/L1_INST/L1_INST.html

ANEXOS

HOJA DE DATOS