Medición e instrumentación. Procedimiento Malab. 03 Retención 1 año + actual 1

Rev. 1 2007

Universidad Tecnológica de México

Materia: Medición e instrumentación

Área: Ingeniería

MEDICIÓN E INSTRUMENTACIÓN Procedimiento Malab. 03 Rev. 3 abril 2007 2

Práctica no. 4Conceptos básicos de la medición

Indicadores

Fecha elaboración:

Fecha revisión:

Responsable:

Familiarizar al alumno con la terminología básica utilizada enmediciones eléctricas y electrónicas.

Aprender a utilizar adecuadamente el multímetro digital. Reconocer la importancia del estudio de la teoría de errores

en las mediciones de variables eléctricas.

Normas de seguridad Seguir las reglas del laboratorio Tomar en cuenta las indicaciones del profesor

Equipo de seguridad Bata de algodón

Investigación previa

1. Define el concepto de precisión de un instrumento.

2. ¿Cómo se expresa la precisión de un instrumento?

3. Si un instrumento marca una precisión de 3% del valor medido, y con esteinstrumento se obtiene una medición de 230 volts. Escribe el valor del voltaje medido tomando en cuenta el intervalo de incertidumbre.R= .

4. Investiga a qué se refiere el fenómeno de cambio de la resistencia de un materialen función de la temperatura.

Equipo

Multímetro digitalFuente de voltaje CD

Material proporcionado por el alumno

Resistencias de los siguientes valores:

1 M Cantidad = 110 M Cantidad = 11 K Cantidad = 2220 Cantidad = 2

Un capacitor (electrolítico) de 10 FUn potenciómetro de 10 KUn foco incandescente de 60 watts a 127V Un socket con cable y clavijaUna tablilla Protoboard

Preparación de la práctica

Verificar que se cuente con todo el equipo y materiales que se utilizarán en el desarrollode la práctica.

Mostar el uso de la tablilla de conexiones (Protoboard).

Desarrollo

Experimento 1. Mediciones básicas con multímetro

a) Revisar las funciones del multímetro Fluke en uso y de acuerdo con las especificaciones del mismo, anota la siguiente información:

i) Variables eléctricas que el instrumento puede medir:

ii) Rangos de operación para cada variable:

iii) Precisión del instrumento para medición de voltajes de corriente alterna(CA).

Nota: Observa que, en algunos casos, en la especificación del multímetro Fluke en lugarde decir “precisión” dice “exactitud” (de acuerdo con la traducción del manual del fabricante, en caso de ser necesaria una consulta).

b) Realiza los ajustes necesarios al multímetro para medir voltajes de corriente alterna,gira la perilla a la posición V (V.C.A).

c) Mide el voltaje de línea de algún enchufe de las mesas de trabajo que se encuentranen el laboratorio y anota el valor medido.

A continuación, para medir frecuencia gira la perilla del multímetro a la posición de Hz, donde se medirá la frecuencia de la línea conectando el multímetro al enchufe o toma corriente de la mesa de trabajo del laboratorio, como en el caso anterior.

“Cada uno de los integrantes del equipo debe realizar las mediciones anteriores y anotar sus resultados en la siguiente tabla”.

Tabla 1

Integrante del equipo Voltaje de línea[Volts]

Frecuencia[Hz]

Recuerda que todas las mediciones tienen una cierta probabilidad de error. Tomando encuenta la precisión del instrumento (ver manual del multímetro), expresa cada una de las mediciones anteriores en forma de un intervalo de incertidumbre considerando el error instrumental.

d) Con los valores de la Tabla 1, calcula los errores absolutos, errores relativos, error probable, intervalo de incertidumbre del voltaje y la frecuencia medidos.

e) Modifica manualmente el rango de medición del multímetro y vuelve a medir el voltaje del tomacorriente en diferentes rangos.

Experimento 2. Mediciones de resistencia y capacitancia

a) Antes de hacer cualquier medición de resistencia, es necesario realizar un ajuste acero del instrumento, a continuación se muestra el procedimiento a seguir con el multímetro digital Fluke.

Esta función compensa por la resistencia en los conductores y en los circuitos internos de protección de instrumento. Podrá compensar en los modos Lo-Ohms (baja lectura de ohmios) o de continuidad.

Cuando se muestra cero, ha ocurrido la compensacion. El medidor continúa compensado hasta que se cambien las funciones.

b) Utilizando el multímetro, en su forma de ohmetro, mide el valor de cada una de las resistencias y anótalo. Esta medición la deben realizar cada uno de los integrantesdel equipo y llenar sus resultados en la tabla 2.

c) Realiza los ajustes necesarios en el instrumento para medir capacitancia y anota su valor en la tabla 2 (nota: es muy importante seleccionar el rango adecuado para minimizar el error).

Tabla 2Integrante Resistencia 1 Resistencia 2 Resistencia 3 Capacitor

d) Expresa el valor medido de cada resistencia y el capacitor considerando el error delinstrumento.

e) Medición de resistencia de contacto del cuerpo humano.

Todo material o sustancia presenta una cierta oposición al flujo de corriente, a esta oposición se le conoce como resistencia.

Los niveles de corriente que pueden circular por el cuerpo y sus efectos se muestranen la siguiente tabla:

Nivel de Corriente Efecto1 m Amp. Nivel de percepción5 m Amp. Nivel máximo inofensivo50 m Amp. Dolor y posible inconciencia100 – 300 m Amp. Falla cardiaca y probable muerte

En esta parte mediremos cuál es el valor de la resistencia de contacto que en estemomento presenta tu cuerpo.

e.1) Sostén ambas terminales del multímetro y selecciona el rango adecuado para obtener el valor de su resistencia. Anota este valor y repite el

procedimiento para cada integrante del equipo.

e.2) A continuación moja las manos levemente y repite el procedimiento anterior.Compara los valores obtenidos y anota tus comentarios al respecto.

¿El valor de resistencia es el mismo en todas las personas?

¿Es un valor constante o variable?

Experimento 3. Medición de resistencia (método voltímetro – amperímetro)

a) Conecta el foco de 60 W para verificar su funcionamiento adecuado (en caso de tener alguna duda pregunta a tu profesor antes de realizar cualquier conexión).

b) Desconecta el foco y, con ayuda del multímetro en la función de ohmetro, mide el valor de la resistencia del mismo.

Importante: Verifica nuevamente que el cable de conexión se encuentre“desconectado” antes de realizar la medición de resistencia.

c) Anota el valor de la resistencia del foco medida.

Rcd = ohms

Importante: Desconecta el multímetro antes de hacer una nueva medición.

d) Conecta el foco de manera que éste encienda.

Gira la perilla del multímetro a la posición V (V.C.A.) para medir voltajes de corriente alterna y mide el voltaje en las terminales del foco. Observa la siguiente figura.

V = volts

¿Cómo se conecta el voltímetro en relación al foco, en serie o en paralelo?

e) Consulta a tu profesor para poner el multímetro en las condiciones adecuadas paramedir corriente alterna (C.C.A.)

I = Amp.

Calcula el valor de la potencia P = V I en watts y compáralo con la potencia del focoindicada en éste.

f) De acuerdo con la ley de Ohm, el valor de resistencia del foco puede calcularse de lasiguiente forma :

Rca = V / I

Calcula el valor de resistencia Rca del foco utilizando la ecuación anterior y compárala con el valor Rcd medido con el multímetro.

¿Son idénticos estos valores? Discute tus resultados con tu instructor.

g) Para determinar aproximadamente la temperatura de operación del filamento del foco aplica la siguiente ecuación:

Rca = Rcd ( 1 + ( T2 –T1 ))

Donde :

= Coeficiente de variación de resistencia del material en función de la temperatura 1/C (0.0045 para el tungsteno).

T2 = Temperatura de operación del filamento en grados centígrados.

T1 = Temperatura ambiente en grados centígrados.

Depejando T2

T2 = ( ( Rca / Rcd ) - 1 ) / + T1

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Experimento 4. El potenciómetro

El potenciómetro es una resistencia variable que puede ser utilizada para regular lacorriente o el voltaje.

La siguiente figura muestra su símbolo eléctrico y su diagrama esquemático.

a) Con ayuda del multímetro en la modalidad de ohmetro, comprueba que el potenciómetro esté funcionando adecuadamente. Anota los valores máximos y mínimos medidos con este dispositivo.

b) Cuando se conecta el potenciómetro para regular corrientese le

conoce como reóstato. La conexión es como se muestra en la siguiente figura. Arma este circuito y, utilizando el multímetro en la modalidad de amperímetro, mide la corriente para distintas posiciones del potenciómetro.

c) Conecta el potenciómetro de forma que sirva como regulador

de voltaje (figura siguiente) y comprueba su correcto funcionamiento. Anota los voltajes máximoy mínimo que se pueden obtener con este circuito (recuerda que los voltajes y corrientes reportados deben incluir su intervalo de incertidumbre, considerando el error de los instrumentos).

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Experimento 5. Efectos de carga del vóltmetro

Arma los siguientes circuitos y en cada uno de ellos :

a) Determina el valor teórico del voltaje esperado en la resistencia de 1M ohm (Utilizalos valores nominales de las resistencias utilizadas).

b) Mide el voltaje con el vóltmetro y compáralo con el valor calculado (considera el valor calculado como el valor real).

c) Determina el error relativo cometido por el vóltmetro en cada medición.

Para obtener mayor precisión en los cálculos, utiliza los valores medidos de las resistencias en lugar de sus valores nominales y repita los incisos anteriores. Compara este valor con el obtenido anteriormente.

d) Explica qué significa y qué importancia tiene el término “tolerancia”.

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Análisis y presentación de resultados

1. ¿Cuál es la mejor forma de realizar una medición considerando el rango delinstrumento?

2. ¿Qué es un potenciómetro?

3. ¿Qué aplicaciones puede tener un potenciómetro?

4. Calcula el valor de T2 y anota tus comentarios al respecto.

Nota para los alumnos

1. El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina de escribir o en procesador de textos (PC) sin excepción.

2. Las prácticas impresas sólo sirven de guía y referencia.

3. No se aceptan copias fotostáticas del reporte final.

4. La entrega del reporte de la práctica es individual.

Conclusiones de aprendizaje

Da tus conclusiones para cada uno de los experimentos realizados.

Nota: Aunque el reporte de la práctica sea en equipo, cada integrante deberá anexar sus propias conclusiones.

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Recursos bibliográficos

Cooper, William David, Instrumentación electrónica y mediciones, México, Prentice-Hall.

Stanley, Wolf, Guía para mediones electrónicas y prácticas de laboratorio, México, Prentice-Hall.