TEMA DOS
1Orlando Arcila Montoya
Departamento de Energa Elctrica y Automtica
UN Sede Medelln
MEDIDORES PARACORRIENTE CONTINUA
Objetivos
Al final de este tema tendrn la habilidad de:
Describir los tipos de soportes que se usan en los dispositivos demedida basados en el movimiento de dArsonval.
Explicar detalladamente los principios operativos de losmedidores de imn permanente y bobina movil (permanentmagnet, moving coil) PMMC o medidor basado en el movimientodArsonval.
Saber explicar los principios y fines que rigen el funcionamientode los shunts, como y cuando se emplean y las caractersticasde los instrumentos a utilizar con ellos
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Objetivos
Analizar el comportamiento circuital de losvoltmetros y ampermetros, los efectos sobre lacarga y los errores que pueden generar sobre ella.
Describir la construccin y operacin de unOhmmetro bsico.
Calcula el desempeo obtenido por medidorespecfico en el rango seleccionado.
Aplicar los conceptos relacionados con el error yverificacin con clculos circuitales.
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Contenido
Introduccin a los medidores de DC
Equivalencia PMMC y movimiento del medidor dArsonval meter
Ampermetro DC Voltmetro DC Ohmmetro DC
Introduccin a los instrumentos de AC. Movimiento dArsonval en rectificacin de media onda Movimiento dArsonval en rectificacin de media
completa
Efecto sobre la carga de los medidores de AC
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Instrumentos de medida
Un instrumento de medida es un dispositivo construido paradetectar exactamente y mostrar en una pantalla una magnitudelctrica de tal manera que la pueda leer una persona
Tpicamente la lectura puede tener una forma visual como: elmovimiento de una aguja sobre una escala, una serie de lucesorganizadas en forma de barra grfica o sobre una pequeapantalla, una figura compuesta por nmeros y figuras en unapantalla.
Los instrumentos mas modernos tienen un diseo digital, estosignifica que se tiene una pantalla que muestra la lectura connmeros en forma de dgitos.
Los instrumentos mas antiguos operaban por principioselectromecnicos, usando una aguja para indicar la magnitudmedida.
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Instrumentos de medida electromagnticos El mecanismo de presentacin de un instrumento de medida
frecuentemente se asocia a un movimiento, es su naturalezaelectromecnica la que hace mover la aguja a lo largo de unaescala y as obtener un valor que se lee e indica la medida.
El diseo y el movimiento mecnico hace que las personascomprendan mas fcilmente el funcionamiento del medidor.
El movimiento mecnico se basa en principioselectromagnticos: una corriente elctrica a travs de unconductor produce un campo magntico perpendicular al eje delflujo de electrnes.
Grandes cantidades de corriente producen campos magnticosmuy fuertes.
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Si al campo magntico formado por un conductor se le permite serinfluenciado por otro campo magntico, la fuerza fsica resultantedepende de las dos fuentes.
Si una de esas fuerzas se puede mover libremente con respecto ala otra, esto har que dicha campo atraviese el conductor y elmovimiento es proporcional a la cantidad de corriente(normalmente se ejerce sobre un resorte)
Los movimientos de los instrumentos electromagnticos se hacensobre una bobina de alambre que es suspendida en un fuertecampo magntico que es protegido mayoritariamente de losinfluencias externas
Estos instrumentos generalmente se disean y se conocen como:bobina mvil e imn permanente Permanent Magnet, Moving CoilPMMC
Instrumentos de medida electromagnticos
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Algunos smbolos utilizados
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Instrumentos de medida galvanmetro D'Arsonval
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Flujo de corriente que atraviesa la bobina y hace mover la aguja
Escala
Aguja
Bobina
Imn
Resorte
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Instrumentos de medida galvanmetro D'Arsonval
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El principio bsico de este dispositivo es la interaccin delcampo electromagntico producido por un imn permanente yel campo alrededor de un conductor embobinado (un simpleelectroimn)
pmmc dArsonval
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pmmc dArsonval
Sobre el arco de lectura serotulan unas marcas y nmerosque indican el valor de lacantidad que se mide, es decirel valor correspondiente alvalor sensado.
En otras palabras si tomamosun amperimetro de 3A(marcado con 3 amperios aplena escala), y teniendo 0Aen el extremo izquierdo, 1.5Adeben estar marcados en lamitad de la escala
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Siempre la escala se divide con marcaciones y valores menores,que permitirn a quien est viendo el movimiento de la agujainferir el valor de la lectura de una forma ms precisa.
pmmc dArsonval
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El movimiento de un instrumento de imn permanente y bobinamvil se basa en imanes fijos y una bobina de alambre que sepueda mover.
pmmc dArsonval
En el instante den que se conecta la batera en la bobina setiene un campo magntico que reacciona con el del imn, ellado inferior de la bobina ser el polo norte (a). Como los polosopuestos se atraen la bobina se mueve como se indica en (b)
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(b)N
S
-DC+
(a)
-DC+
N
S
Un instrumento pmmc debe resolver dos situaciones
El primero es que la bobina debe retornar a la posicin inicialcuando no la atraviesa ninguna corriente
El segundo se requiere de un mtodo que indique la cantidadde movimiento
pmmc dArsonval
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El primero se soluciona con un par de resortes muy finos atadosal los extremos de la bobina, y pueden ser utilizados comoconexiones elctricas de la bobina.
Los resortes tambin se opondrn al movimiento de la bobinacuando los atraviesa la corriente.
pmmc dArsonval
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Al incrementarse el flujo de corriente en labobina, el campo generado en ella tambin seincrementa.
La fuerza del flujo magntico mover labobina, este el el principio bsico delmedidor.
Pero, como saber hasta donde se debe moverla bobina?.
Si la aguja se fija a la bobina y se mueve hastael extremo de la escala, la aguja podrmoverse con el movimiento de la aguja, y semarca la escala indicando la cantidad decorriente que se mueve a traves de ella.
pmmc dArsonval
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Para mejorar la precisin y laeficiencia del medidor seemplean dos caractersticas.
Primero: Un ncleo de hierro secoloca dentro de la bobina paraconcentrar los camposmagnticos.
Segundo: Dos piezas polarescurvas se unen al imn para quela fuerza de giro se incrementeen la medida que se incrementala corriente a travs de ella.
En la figura se detallan todas laspartes.
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pmmc dArsonval
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pmmc dArsonval
Los instrumentos de medida que emplean el principio delmovimiento dArsonval son ampliamente utilizados.
El flujo que atraviesa la bobina produce un campoelectromagntico que la hace mover.
Los polos del electroimn interactan con los polos del imnpermanente
La aguja del instrumento se mueve hacia la escala superior si el flujode la corriente est en direccin correcta, por esta razn losinstrumentos de CD tiene marcada la POLARIDAD
Ampermetro de corriente continua CC
Los medidores de corriente mas ampliamentedifundidos son de bajo rango tal que la defleccin de laaguja es 0_a_1_mA
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Son instrumentos muy comunes en loslaboratorios.
La unidad es el Amperio (A)/mA.
Tpicamente se coloca una PEQUEA resistenciaen paralelo con el instrumento para incrementarel rango de medida (resistencia SHUNT)
Ampermetro de corriente continua CC
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Resistencia shunt
Rsh = Resistencia shunt.
Rm = Resistencia del medidor.
Ish current true the shunt.
Im full-scale deflection currentof meter movement.
I full-scale deflection current forthe ammeter
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Vm = Im*Rm
Vsh = Vm
Ish = I Im
Rsh = Vsh /Ish
= Im*Rm /Ish
= Im/(I -Im)*Rm
Ampermetro de corriente continua CC
Deducir las ecuaciones Resistencia shunt
Resistencia Shunt
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Ampermetro de corriente continua CC
Ejercicios
Un medidor de 100-A con una resistencia interna de 900- debeser utilizado como un ampermetro de 0 a 100-mA, determine laresistencia shunt requerida.
Ayrton Shunt
Conocida como shunt universal, usada en ampermetros multi-rango.
Elimina el problema del intercambio de resistencias shunt, ypermite ampliar los rangos de medida.
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Ampermetro con Ayrton shunt.
Ayrton Shunt
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Ampermetro con Ayrton shunt.
De la figura
(Rb+Rc)(I2-Im) = Im (Ra+Rm)
I2(Rb+Rc) - Im(Rb+Rc) = Im [Rsh-(Rb+Rc) + Rm)
I2(Rb+Rc) - Im(Rb+Rc) = ImRsh- Im(Rb+Rc) + ImRm.
Pero;
Rb+Rc= Im(Rsh+Rm) / I2 (1)
Ra = Rsh (Rb+Rc) (2)
Rc = Im(Rsh+Rm) / I3 (3)
n = I / Im
Rsh = Rm / (n-1) ; n 20.
Ayrton Shunt
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Ejercicio
Calcules los valores de las resistencias para el circuito.
Datos
Rm = 1k Im = 100 mA,
I1=10mA, I2=100mA, I3=1A.
Verificar
Rsh = Ra + Rb + Rc
Ayrton Shunt
Ampermetro con Ayrton shunt.
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Qu implicaciones tiene la insercin de un ampermetro en un circuito?
Un error frecuente es el error en la medida porsobrecargas en la fuente
Todos los amperiemtros tiene resistencia interna.
El amperimetro siempre incrementa la resistencia delcircuito, por lo tanto reduce la corriente en el circuito.
El error causado en la medida depende del valor deresistencia del amperimetro.
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Corriente esperada en uncircuito sencillo
I = E / R1
Corriente esperada en un circuitosencillo con ampermetro
I = E / (R1+Rm)
Efecto del amperimetro en un circuito
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Ejercicio:
Un amperimetro tieneuna resistencia internade 90.
Determinar elprocentaje de error silas resistencia sonRa=Rb=Rc= 1k
Efecto del amperimetro en un circuito
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Ayrton Shunt
Consulta http://www.physics.purdue.edu/~clarkt/Courses/Physics271L/Exp4/Exp4
.html
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Transformador de corrientede patio S/E
800 kV UHV DC
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Insulation gap tests for 800 kV development
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