diseno de un instrumento de medida analogico

ACTIVIDAD 2:

DISEÑO DE UN INSTRUMENTO DE MEDIDA ANALÓGICO

CARLOS ALBERTO RIBON CONTRERAS

CODIGO 1065578000

INSTRUMENTACIÓN Y MEDICIONES

GRUPO: 201455_21

TUTOR

HUGO ORLANDO PÉREZ NAVARRO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

Barranquilla, Agosto 2014

INTRODUCCIONEl presente trabajo será realizado con el fin de desarrollar la temática del curso instrumentación y mediciones, familiarizarnos con la terminología y conceptos claves. Consiste en la realización de el diseño de los instrumentos de medición análogos : amperímetro, voltímetro y óhmetro con los cuales podremos comprender el funcionamiento y composición de estos instrumentos. En él observaremos los elementos necesarios , los cálculos teóricos y puesta en práctica de los instrumentos descritos, con la funcionalidad de presentar varias escalas de medición lo cual nos permitirá ampliar el rango de mediciones que se puedan tomar con los instrumentos de medida diseñados durante el ejercicio.

1. Diseñar e implementar un amperímetro de dc con derivación de Ayrton, para escalas de corriente de 10 mA. 100 mA, 1 A. Empleando un galvanómetro de D’Arsonval.

AMPERIMETRO DC.

GalvanómetroLa operación de este dispositivo se basa en la interacción de una corriente eléctrica DC y un campo magnético fijo. Los elementos básicos son:- Una bobina móvil, a través de la cual circula la corriente DC.- Un imán, que produce el campo magnético fijo.- Un resorte, cuya función es servir de mecanismo equilibrador de la rotación de la bobina.- Una aguja indicadora sujeta a la bobina móvil y una escala graduada mediante las cuales podemos realizar la lectura.

En términos generales podemos explicar el funcionamiento del galvanómetro de la siguiente forma:Al circular la corriente I a través de la bobina, se produce un campo magnético que interacciona con el producido por el imán permanente, originando una fuerza F, la cual da lugar a un torque que hace girar la bobina en un sentido determinado. El movimiento de la bobina está compensado por el resorte. La constante de dicho resorte determina el ángulo girado de la bobina para una corriente dada. Una vez definidas la magnitud del campo magnético B, la constante del resorte y la disposición más adecuada de los elementos, el ángulo que gira la bobina móvil (y por lo tanto la aguja indicadora) es proporcional a la corriente I que circula por el galvanómetro.

DiseñoEl diseño de un amperímetro DC capaz de medir corrientes dentrode un rango específico, se basa en la utilización de un divisor decorriente.

En el nodo A la corriente i se divide en dos: i1 e i2. Por ley de Kirchhoff se tiene que cumplir:i = i1 +i2

además

VAB = i1R1 = i2R2

De las dos ecuaciones anteriores podemos deducir las siguientes relaciones:

I 1=R2

R1+R2I

I 2=R1

R1+R2I

Galvanómetro de divisor de corriente: Amperímetro

Donde

ℑ= R1R1+Ri

I

Por lo tanto

R1=Ri .ℑI−ℑ

Ri: Resistencia interna de la bobina R1 = Resistencia de derivación Im = corriente de deflexión a plena escala del movimiento I1 = corriente de derivación I = corriente a plena escala del amperímetro incluyendo la de derivación

Para diseñar un amperímetro capaz de medir corrientes entre 0 y I Amp. a partir de un galvanómetro cuya corriente máxima es Im y cuya resistencia interna es Ri, conectamos en paralelo con dicho dispositivo una resistencia de valor R1, calculado de tal forma que cuando la corriente incidente en el instrumento sea I, la que circule por el galvanómetro sea Im. Con esto obtenemos un instrumento cuya corriente máxima es I y cuya asistencia interna es Ri en paralelo con R1.

Los datos obtenidos del galvanómetro son los siguientes

𝑅i=3.5Ω

𝐼m=30𝑚𝐴Para calcular la primera escala del amperímetro que es de 0 a 10mA

R1= 3,5Ω.0,03mA0,01mA−0,03mA

R1=0,105Ω/mA−0,02mA

=−5,25Ω

Para calcular la segunda escala del amperímetro que es de 0 a 100mA

R1= 3,5Ω.0,03mA0,1mA−0,03mA

R1=0,105Ω/mA0.07mA

=1,5Ω

Para calcular la tercera escala del amperímetro de 0 a 1A

R1=3,5Ω.0,03mA1 A−0,03mA

R1=0,105ΩmA0,97mA

=0,108Ω

Simulación del circuito en proteus

Escala del amperímetro de 0 a 10mA

2. Diseñe un voltímetro de DC multirrango empleando un galvanómetro de D’Arsonval con escalas de medición de voltaje: 0-10Vdc; 0-20Vdc; 0-50Vdc.

Diseño.El diseño de un voltímetro DC capaz de medir voltajes dentro de un rango específico, se basa en la utilización de un divisor de voltaje, como el mostrado en la Figura

En dicho circuito, a corriente que circula por ambas resistencias es la misma, por lo tanto se cumple:

V = i R1 + i R2

V = (R1 + R2) i

Pero: V 1=i R1=¿ i=V 1R1

V 1= R1+R2R1

V

De donde

V= R1R1+R2

V

Vamos a aplicar este principio al diseño de un voltímetro.

El galvanómetro tiene una resistencia interna Ri y una corriente máxima Im, debido a esto el voltaje máximo entre los extremos del mismo es Vmax = Ri Im. Si queremos diseñar un voltímetro capaz de detectar entre sus terminales voltajes hasta de E voltios (donde E>Vmax) debemos conectar en serie con el galvanómetro una resistencia R1, como se indica en la Figura

Galvanómetro en Divisor de Voltaje: Voltímetro

El valor de R1 debe ser tal que:

Vm=Ri .ℑ= RiR1+Ri

E

Por lo tanto:

R1=E−Ri .ℑ

ℑ

Con esta configuración tenemos un instrumento que marca máxima escala cuando el voltaje entre sus terminales es E

Datos del galvanómetro

Ri=3,5Ω

Im=30mA

Escala de medición del voltaje de 0 a 10Vdc

R1=10v−3,5Ω .30mA30mA

R1=10V−105ΩmA30mA

R1=−95ΩmA30mA

R1=−3,16Ω


R1=20v−3,5Ω .30mA30mA

R1=20v−105ΩmA30mA

R1=−85ΩmA30mA

R1=−2,83Ω


R1=50v−3,5Ω .30mA30mA

R1=50v−105ΩmA30mA

R1=−55ΩmA30mA

R1=−1,83Ω

Simulación en proteus


3. Diseñe un ohmímetro empleando galvanómetro de D’Arsonval, realice la medición de resistencias de 1KΩ, 3.3KΩ, 6.8KΩ, 10KΩ; compare los resultados de la medición con el valor obtenido al medirse con multímetro digital y con el código de colores.

OHMETRO.

Diseño.Un óhmetro es un instrumento capaz de medir el valor de una resistencia cuando ésta se conecta entre sus terminales. Dado que la resistencia es un elemento pasivo, es necesario que el instrumento contenga un elemento activo capaz de producir una corriente que pueda detectar el galvanómetro incluido en dicho instrumento. Por lo tanto, el circuito básico del óhmetro es el mostrado en la Figura 18.El procedimiento de diseño básico para este instrumento es el siguiente: En primer lugar, supongamos que la batería tiene un valor dado (es una pila de las que podemos conseguir en el mercado), por lo que el valor que debemos determinar para fijar las condiciones del circuito es el de la resistencia R.

Si la resistencia incógnita es (circuito abierto) no circula corriente por el circuito, por lo tanto, en la escala del galvanómetro, Rx=corresponde a la posición de la aguja cuando la corriente es nula (usualmente el extremo izquierdo de la escala).Para cualquier otro valor de Rx circulará cierta corriente por el circuito, que será máxima cuando Rx = 0. Ahora bien, como la máxima corriente que puede circular por el galvanómetro es Im, para Rx = 0 se debe cumplir:

E = (Ri+R) ImDonde

R=Eℑ−Ri

Una vez calculado este valor, el circuito está totalmente especificado. Podemos ahora calibrar la escala en ohmios utilizando resistencias patrón de distintos valores, o realizar una calibración en forma teórica, empleando la ecuación anterior.

Como podemos observar, la ubicación de los valores de las resistencias en la escala es única y está totalmente definida. Si por ejemplo, obtenemos una distribución como la mostrada en la Figura

será muy difícil realizar mediciones de resistencias cuyos valores sean del orden de 10o de 1M. Por lo tanto para diseñar óhmetros donde podamos seleccionar por ejemplo la resistencia correspondiente a media escala, es necesario plantear nuevas configuraciones.

Hay dos configuraciones posibles para contar con un circuito con dos incógnitasConfiguración 1

Configuración 2

En los diagramas de óhmetros de varias escalas correspondientes a cada una de las dos configuraciones estudiadas.

𝑅𝐺 = 357ΩDatos del galvanómetro

Ri=3,5Ω

Im=30mA

Escala del óhmetro de 1kΩ

R1=Vcc−ℑ (RG+Rm)

ℑ

R1=12V−25mA (357Ω+1000Ω)

25mA

R1=12V−1357

R1=1345Ω

Escala del óhmetro de 3,3kΩ

R2=12V−25mA (357Ω+3300Ω)

25mA

R1=12V−1357

R1=1345Ω

Escala del óhmetro de 6,8kΩ

R3=12V−25mA (357Ω+6800Ω)

25mA

R1=12V−7157

R1=7145Ω

Escala del óhmetro de 10kΩ

R4=12V−25mA (357Ω+10000Ω)

25mA

R1=12V−10357

R1=10345Ω

BIBLIOGRAFIA

1. http://www.labc.usb.ve/paginas/mgimenez/Lab_Circ_Electronicos_Guia_Teorica/Cap5.pdf

2. http://www.youtube.com/watch?v=JthIwhHki4c3. http://www.youtube.com/watch?v=qYHg4RUxV50

diseno de un instrumento de medida analogico

Documents