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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Univ ers idad del Per, Decan a de Amrica)

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA , ELCTRICAY TELECOMUNICACIONES

Inst rum entos DC

CURSO : Mediciones Electrnicas

PROFESOR(A) : Ing.Lita Martha Soto Nieto

ALUMNOS :

BERNABEL SUSANIBAR, CHRISTIAN GERARDO10190056LIAO GALLARDO, EDWARD GUILLERMO09190089PARRAGA TRINIDAD, JEANCARLOS MILLER06190111

CICLO : 2013-I

Ciudad Univ ersi taria, de Ju l io del 2013.

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Facultad de Ingeniera Electrnica, Elctrica y Telecomunicaciones

Profesor(a): Ing. Lita Soto Nieto

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I NFORME FINAL: INSTRUMENTOS D.C

I . OBJETIVOS:

Conocer y observar bondades y limitaciones de los instrumentos D.C.

Aplicar mtodos diferentes para medir valores exactos con el empleo deinstrumentos D.C.

I I . DI SPOSITI VOS Y EQUI POS: Fuente DC.

Voltmetro anlogo.

Miliampermetro.

Microampermetro.

Multmetro.

Protoboard.

Potencimetros: 1 K, 5 K, 10 K, 25 K, 100 K, 1000K (2 unidades de

cada uno).

Resistores: 0.1K, 1K, 2.2K, 3K y 10K.

Conectores.

I I I . CIRCUITOS EXPERIMENTALES:

Calibracin

Voltmetro D.C (Mtodo Potencimetro)

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Tabl a N01

1 2 3 4 5

P1() 486.3 486.3 486.3 486.3 486.3

P2() 1.23K 0.683K 479.6 846.6 126.8

Volt. prac. 3.00 2.44 2.02 1.4 0.84Volt. teor. 3.3 2.69 2.25 1.48 0.89

= Vt-Vp 0.3 0.25 0.23 0.08 0.05

Ampermetro D.C

Tabla N02:

1 2 3 4 5

P1() 398.1 398.1 398.1 398.1 398.1

P2() 7.3 57.6 213.9 492.1 1.166K

Ip (mA) 10 9 7 5 3

It (mA) 9.9 9.004 7.026 5.051 3.005

= It-Ip 0.1 0.004 0.026 0.051 0.005

Curva de Calibracin

Voltmetro

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4

Tabl a N03

R1 () 0.991K 0.991K 0.991K 0.991K 0.991K

Rp() 198.1 519.1 1.12K 2.487K 9.34K

Vp(V) 1 2 3 4 5

Vt(V) 0.999 2.063 3.183 4.29 5.423

=Vt-Vp 0.001 0.063 0.183 0.290 0.428

Estos datos arrojan la siguiente curva:

1

0

-2

-4

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

0 10 20 30 40 50

Correccion

Voltios

Curva de Calibracin

Delta

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5

Ampermetro

Tabl a N04

R1 () 99.8 99.8 99.8 99.8

Rp() 399.5 158.6 71.6 25.7

Ip(mA) 10 20 30 40

It(mA) 11 20 28 36

=It-Ip 1 0 -2 -4

Estos datos arrojan la siguiente curva:

1

0

-2

-4

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

0 10 20 30 40 50

Corr

eccion

Amperios

Curva de Calibracin

Delta

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Caractersticas del I nstrumento:

Miliampermetro

Rpta: Se observa que la aguja responde de forma crticamente amortiguada.

Voltmetro

Rpta: Se observa que la aguja responde de forma crticamente amortiguada.

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Sensibilidad

Implemente el circuito de la Figura lneas abajo:

El Microampermetro debe estar en la mnima escala.

Variar Rp hasta obtener lectura de valor mximo I1 y observar en la escala el

desplazamiento de la aguja en mm. Mida adems Rp.

Varia Rp hasta obtener una lectura de media escala y repetir lo hecho.

A plena escala:

Rp mxima deflexin = 768

I=30 A.

d=88mm

A media deflexin

Rp mxima deflexin = 6.4 K.

I=15 A.

d=40mm

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Por ltimo, la sensibilidad es:

Resistencia Interna (Mtodo de Media Deflexin)

Miliampermetro DC

Tabla N05

Rg = 1.016K - 2*505 Rg = 6

I Rp

Mx. Deflexin 10mA 505

Media

Deflexin

5mA 1.016K

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Voltmetro DC

SW Cerrado: V1 = 4V

SW Abierto: V1 = 2V

Valor de P1: P1 = 24.4 k

Consumo Especfico:

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Debemos tener en cuenta que usamos un Microampermetro en su escala mnima: 1000A

para este caso se obtuvo la siguiente tabla:

Tabl a N06

Linealidad de la escala:

Tabl a N07

A 100 200 300 350 400 450 500 600

mA 0.1 mA 0.2 mA 0.3 mA 0.4 mA 0.41 mA 0.45 mA 0.5 mA 0.61 mA

Para estos datos se puede generar la grfica Linealidad, podemos observar casi una lnea

perfecta pero presenta una excelente aproximacin de lo lineal que puede comportarse un

sistema mvil usado (DArsonval). Si XMM1 es microampermetro y XMM2 es

miliampermetro.

I V Ce

mA 1.6mA 6.5mV 10.4W

A 1000A 0.842v 870mW

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Efecto de Carga:

Voltmetro DC

Tabl a N08

SVDC 4000/V

Escala 6V 12V

Resistencia interna: RV 24K 48K

Vmedido 1.65V 2.2V

Vterico 2.11V 2.48V

Error 21.8% 11.29%

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 200 400 600 800

Miliamperios

Microamperios

LINEALIDAD

mA

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Ampermetro DC

Tabl a N09

It 3.0 mA

Ip 3.1 mA

e(%) 3.33 %

Determinacin I ndirecta del Valor de Rx:

Mtodo de Susti tucin

Ampermetro

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Tabl a N10

Rx 2200

It 3mA

Rp 2157

Ip 3mA

error 1.95%

Voltmetro

Tabl a N11

Diseo de un puente Wheatstone

Rx 2660

Vt 6.41v

Rp 2639

Vp 6.41v

error 0.789%

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Tabl a N12

Diseo de I nstrumentos Analgicos:

Miliampermetro

Terico Prctico V (voltios) I(mA)

R1 () 1K 0.99K 1.53 1.56

R2 () 2.2K 2.19K 3.4 1.56

Rp () 0.91K 0.887K 1.53 1.71

Rx () 2K 1.978K 3.4 1.71

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El Rg del microampermetro en la escala de 1000A es:

Rg=879 ; Ig=1000A ; I= valor de la escala

Sabemos:

Necesitamos escalas de 3, 30, 75,150 todas en miliamperios:

E=3 Rsh1 = 390

E=30 Rsh2 = 30.31

E=75 Rsh3 = 10.54

E=150 Rsh4 = 5.234

Voltmetro

Considerando la resistencia del ampermetro como 4.6 y una escala de 10mA:

Para 3V RSH1 = 295

Para 6V RSH2 = 595

Para 12V RSH3 = 1.195K

Para 30V RSH4 = 2.995K

Voltmetro- Miliampermetro

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Implemente un voltmetromiliampermetro con las siguientes escalas:

Voltaje: 5, 10, 30 V

Corriente: 10, 50 y 100mA

Clculo de Resistores para el Voltmetro:

Para 5V RSH1 = 495.4

Para 10V RSH2 = 995.4

Para 30V RSH3 = 2995.4

Clculo de Resistores para el Miliampermetro:

Para 10 mA:

Para 50 mA:

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Para 100mA:

I V. CUESTIONARIO FI NAL:1) Con los datos de las Tablas N01 y N02, halle:

a) El valor promedio de ():

b) Error porcentual:

1 caso:

2 caso:

3 caso:

4 caso:

5caso:

c) El valor promedio de () podra considerarse un factor de correccin para el

instrumento:

Si, este valor nos indica la desviacin que los valores medidos pueden tener con

respecto al valor terico que estamos esperando.

2) En la Tabla 2, realice la diferencia entre It e Ip y responda las preguntas a, b,

c.

a) El valor promedio de ():

b) Error porcentual:

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1 caso:

2 caso:

3 caso:

4 caso:

5caso:

c) El valor promedio de () podra considerarse un factor de correccin para el

instrumento:

Si, este valor nos indica la desviacin que los valores medidos pueden tener con

respecto al valor terico que estamos esperando.

3) Observe su grfico de la curva de calibracin, qu conclusiones podra

obtener de ella?

En el voltmetro al aumentar los valores Rp har aumentar el error ya que este

aumentara tambin la diferencia entre el valor terico y el real.

En el multmetro la tendencia es negativa ya que a valores pequeos del

potencimetro, el error se har notorio, por lo contrario si Rp es ms grande el valor

de la resistencia interna del multmetro ser poco apreciable. En otras palabras se

busca mediante esta grafica el punto en el cual se nota un error de cero, es este

punto el que recomienda o indica la buena calibracin del instrumento.

4) El valor hallado de Rg y de SI por el mtodo de media deflexin sern los

correspondientes al instrumento. Explique.

Para calcular Rg en el circuito se procedi con la aplicacin del mtodo de media

deflexin. Se midi la Rp que haca mxima deflexin, y luego la Rp que haca

media deflexin (se elige la escala media puesto que en este intervalo el instrumento

responde mejor).

Se obtuvo un valor de 905 para esta resistencia interna o resistencia

galvanomtrica.

Para aplicar la definicin de sensibilidad era necesario medir la corriente que

deflacta al instrumento, y el desplazamiento en mm que la aguja recorra debido a

esa deflexin. Cmo todos los parmetros se obtuvieron del circuito, se puede decir

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que si corresponden al instrumento: La resistencia elevada de 905 corresponde al

esperado en un microampermetro, y la no tan alta sensibilidad tambin.

5) En un multmetro analgico, el P1 es el mismo para la funcin Voltimtrica y

Amperimtrica.

El potencimetro regula parmetros dentro del circuito, en el caso de estar en un

ampermetro regula la corriente como divisor de voltaje y en un voltmetro regula el

voltaje como un divisor de corriente. En otras palabras supervisa el tipo de

configuracin Shunt, resistencias en serie para un voltmetro y resistencias en

paralelo para los conocidos Miliampermetros y Microampermetros.

6) Cmo varia el valor de P1 para el voltmetro y el ampermetro en funcin de

la escala?

Segn los diagramas:

En el voltmetro al aumentar la escala el valor de Rp aumenta, por eso se dice

que un voltmetro ideal acta como un circuito abierto.

En el ampermetro al aumentar la escala el valor de Rp disminuye, esto indica

que un ampermetro ideal acta como un corto circuito.

7) Qu podra decir sobre el consumo especfico de un instrumento? Altera el

valor de lectura entregado por el instrumento?

El consumo especfico de un instrumento mide el grado de interferencia del

instrumento al ser conectado al circuito bajo medicin. Ello debido a que mide lacantidad de potencia obtenida del circuito por unidad de escala. En el caso ideal, el

instrumento de medicin no debera pedir energa al circuito, pero en el caso real

si lo hace, y el consumo especfico se encarga de cuantificar ese efecto. Por lo tanto

afectara al circuito por arrancarle parte de su energa en forma de voltaje o corriente.

8) En funcin de su grfico de linealidad qu podra decir sobre el

microampermetro y miliampermetro utilizado?

En nuestras mediciones respectivas podemos darnos cuenta la variacin lineal que

tiene el miliampermetro respecto al microampermetro. Aunque hay mnimasdiferencias en determinados puntos, la aproximacin a recta es bastante buena.

Esto nos da la nocin de cun importante es usar el instrumento en un rango

determinado de corriente (presente en la bobina mvil) para el cual an conserva su

linealidad, esto es ms complejo en el caso de usar corrientes con determinadas

frecuencias, ya que se puede sobrepasar fcilmente el BW del instrumento.

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9) Es inevitable el efecto de carga que se produce al insertar en un circuito el

ampermetro? explique.

Es inevitable, ya que el instrumento contiene una impedancia y esta de alguna

manera alterara las medidas ya sea al derivar corriente por ella o por un divisor de

voltaje, se puede disminuir el efecto con diseos especficos como los multmetros

digitales. Se puede reducir bruscamente el error a tal grado de llevarlo a casi cero,

pero requiere de diseos muy detallados que incluyen un buen Sistema Mvil y la

adecuada valorizacin de las resistencias Shunts para determinadas escalas.

10)Detalle el procedimiento de diseo del puente de Wheatstone y explique en

funcin de sus datos la relacin entre las tensiones y corrientes, cuando el

puente est en equilibrio. Halle adems el porcentaje de error para Rx.

Relacin entre voltajes y corrientes

Se lleg al balance del puente y se verific con el micro ampermetro una corriente

de cero amperios. El voltaje se verific aproximadamente igual a la mitad del

voltaje aplicado al puente.

Aplicando la relacin se obtuvo:

De donde se obtiene:

El valor medido (real) es:

11)En funcin a los valores calculados y sus datos experimentales qu grado de

precisin se obtiene con el mtodo de sustitucin? Halle el porcentaje de error.

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Ampermetro

98.05%

Rp = 2.157 K

Rx= 2.2 K

e(%) =

Voltmetro

99.21%

Rp = 2.639 K

Rx = 2.66 K

e(%) =

12)Muestre los esquemas circuitales de los diseos hechos durante la

experimentacin; y en funcin a sus medidas qu precauciones tendra?

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Las posibles limitaciones seria el encontrar resistencias con bajo valor, el consejo seria

colocar en resistencias en serie al galvanmetro para aumentar el valor de las Rshunt,

en otras palabras el uso de un Shunt Ayrton porque la resistencias son peligrosamente

muy bajas por ejemplo menos de un ohm, lo que trae consigo corrientes peligrosas

como los 100mA que queremos medir que podran quemar la bobina interna si se

presiona 2 switchs por ejemplo.

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Profesor(a): Ing Lita Soto Nieto

13)Si tenemos un instrumentos que solo mide DC podra utilizarse para medir

AC. Que consideraciones tendra que hacer. Explique.

Si se puede medir AC con un instrumento DC solo que antes la seal AC debe pasarpor un circuito rectificador la cual la convertir en DC y de ah ira al instrumento

DC. En otras palabras un instrumento AC esa conformado por el medidor DC masuna etapa de rectificacin.

Hay que tener en cuenta que la escala debe ser calibrada para que muestre valores

correspondientes a AC. Se sabe que el nivel de seal continua despus de pasar porun rectificador est determinado por el tipo de rectificador que se use. As:

Rectificador de media onda: EDC=ES/Rectificador de onda completa: EDC=2ES/

Esto es para el caso de seales sinusoidales, luego la escala puede ser calibrada para

que muestre el valor eficaz o pico de la seal AC. Esto se analizara con ms detalleen la siguiente experiencia.

V. CONCLUSIONES: En la grfica de la calibracin y linealidad se puede notar el comportamiento del

instrumento a medida que aumentamos los valores de magnitud, en ella se puede ver

si el instrumento puede estar o no calibrado y lineal.

La resistencia interna de los instrumentos alteran en cierta modo los valores de las

medidas realizadas, estas resistencias se pueden reducir con un apropiado diseo del

instrumento, esto se conoce como efecto de carga.

El consumo especfico determina la cantidad de energa que sustrae del circuito a

medir. Mientras menor sea no alterara los valores de las mediciones (en mW y W).

El puente de Wheatstone, es un mtodo muy prctico para hallar valores de

resistencias desconocidos, cabe mencionar que este puente tiene sus derivaciones y

se les puede implementar para poder medir impedancias, recibiendo diferentes

nombres para el caso de impedancias.

Al momento de disear un instrumento es vital conocer la resistencia interna, para

poder lograr exactitud y debida proteccin al galvanmetro, si se logra esto se puede

ampliar la utilidad del instrumento.

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