Medición de Impedancia, Capacitancia e Inductancia.

MC. César Efrén Sampieri GonzálezIngeniería en Instrumentación Electrónica. Facultad de Instrumentación Electrónica.

Capacitancia y Capacitores• Para cada configuración particular de dos cuerpos cargados

en la que, la forma y la separación de dichos cuerpos permanecen fijos, la relación de carga a voltaje que existe entre ellos es una constante.

C = qV

• La capacitancia es la cantidad de carga que la configuración puede almacenar por cada volt de diferencia de potencial entre los dos cuerpos.

C = Kε0Ad ε0=8.85 x10-12 F/m

• K=constante dieléctrica relativa

Dieléctricos y Reactancia Capacitiva• Material aislante colocado entre las placas de un

capacitor, para aumentar el valor de la capacitancia. • Si el voltaje a través del capacitor varía con el tiempo,

se origina un cambio en la carga almacenada en el capacitor, acompañado de un flujo de corriente.

• Sin embargo, el Voltaje a través de un capacitor no puede cambiar instantáneamente por lo que el capacitor reacciona a cambios de voltaje a través de él; presentando una impedancia o reactancia capacitiva.

XC = 12π fC

= 1ωC

Tipos de capacitores• Las familias de capacitores se basan

en el tipo de dieléctrico empleado: • mica, cerámica, papel, aire, aceite.

Inductores e Inductancia• Inductancia: propiedad de un dispositivo que reacciona

contra un cambio en la corriente que pasa por él. • Inductores: componentes diseñados para emplearse en

circuitos y resistir cambios de corriente.

• El diseño se basa en el principio de que un campo magnético variable induce un voltajes cualquier conductor en ese campo. • Corriente constante, campo magnético constante. • Cambio en la corriente, cambiará el campo magnético, y la

energía (absorbida o liberada) reacciona contra dicho cambio generando un voltaje inducido contrario al voltaje aplicado.

• La fuerza contra electromotriz es directamente proporcional a la velocidad de cambio de la corriente a través de la bobina.

VL = Ldidt

• En un circuito de CA, el inductor presenta reactancia a la corriente alterna, que también depende de la frecuencia. XL = 2π fL =ωL

• Los inductores reales presentan resistencia, que se especifica en un indicador llamado factor de calidad Q.

Q = ωL(ω )R

• Factores que determinan la magnitud de L en una bobina: • Número de vueltas • Tipo y forma del material

del núcleo • Diámetro y esparcimiento

de las vueltas

Impedancia• En CD, la resistencia de un elemento lineal (de dos

terminales) se define como la relación del voltaje a la corriente a través de él.

• Para CA, dicha relación es generalmente un número complejo llamado impedencia Z del dispositivo, formado por la resistencia R y la reactancia, capacitiva Xc o inductiva XL:

VI= Z = R + jX

• El recíproco es la admitancia Y, formada por la conductancia G y la susceptancia B del elemento.

IV

= Y = G + jB

Mediciones de Capacitancia e Inductancia

• Métodos indirectos • Medición de constantes de tiempo RC y L/R (inexactos)

• Uso de circuitos de puente (resultados con mayor exactitud) • Basados en el principio de establecer condición de

cero en el circuito puente, cuyo valor desconocido se calcula a partir de los otros elementos.

• Para capacitancia: • Puente de comparación en serie • Puente de comparación en paralelo • Puente de Schering

• Para inductancia • Puente de Maxwell • Puente de Hay

Puentes universales

• Instrumentos fabricados comercialmente que pueden medir R, L y C.

• El puente universal de impedancia tiene cinco o seis circuitos puente integrados (los antes vistos).

• Además de una señal interna de excitación de frecuencia fija, permiten emplear fuentes externas de CA.

Medición de Capacitancia con Voltímetro de CA• Para uso con voltímetros de alta impedancia (10-11 MOhms) • Limitado a capacitores > 0.001 microFarads • Exactitud del 10% • Procedimiento:

• 1) Medir VR y calcular I • 2) Vc=VT-VR, y despejar C de fórmula:

12

VT

VC=Voltaje efectivo medido a través del capacitor

Medición de Inductancia con Voltímetro de CA

• Se busca igualar el voltaje en ambos elementos, tras aplicar voltaje de CD.

• A voltajes iguales, impedancias iguales.

¿Preguntas?

Tarea

• Investigar sobre el diseño de inductores (bobina) • dimensiones • materiales • cálculo de su inductancia • factor de calidad

• Construir un inductor y calcular su inductancia.

Fecha limite de entrega (Deadline):

miércoles 14 de octubre de 2015, 23:59

Desarrollar Prácticas 4 y 5