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UTEPSA INSTRUMENTACION Y MEDICION
INDICE
1. OBJETIVO......................................................................................( 2 )
2. DESARROLLO
INSTRUMENTOS DE D’ARSONVAL.................................( 3 ) OSCILOGRAFO......................................................................( 6 )
3. CONCLUSION................................................................................( 7 )
4. BIBLIOGRAFIA..............................................................................( 8 )
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UTEPSA INSTRUMENTACION Y MEDICION
1. OBJETIVO
Todo problema de investigación científica, aún el más abstracto, implica de algún modo una tarea de medición de los conceptos que intervienen en el mismo. Porque si tratamos con objetos como una especie vegetal o un comportamiento humano nos veremos obligados ya sea a describir sus características o a relacionarse éstas con otras con las que pueden estar conectadas: en todo caso tendremos que utilizar determinadas variables –tamaño, tipo, o las variables que definan el comportamiento de estudio- y tendremos que encontrar el valor que éstas asumen en el caso estudiado. En eso consiste, desde el punto de vista lógico más general, la tares de medir.
El objetivo de este informe es de aprender a utilizar los instrumentos de medicion de D’arsonval y el oscilografo asi como tambien un poco de teoria para saber de como se llego a crear estos increibles instrumentos.
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2. DESARROLLO
INSTRUMENTOS DE D’ARSONVAL
La mayoría de los instrumentos que existen y que son de muy buena calidad, que se utilizan para la medición de corriente, se basan en el diseño que desarrolló Arsene D'Arsonval en el año de 1,881.
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En su forma inicial, el galvanómetro D'Arsonval presenta desventajas e inconvenientes, pero dió orígen al movimiento Weston, habiéndose mejorado en este el diseño orginal, el principio de fucionamiento es el mismo.
Si se coloca una bobina de tal manera que pueda girar libremente y la colocamos dentro de un imán, la corriente que fluye por ella formará polos magnéticos en sus extremos o sea, se convertirá en un electroimán, bajo esta circustancia sucederá o siguiente:
El polo N (bobina) será atraido por el polo S (imán).El polo S (bobina) será atraido por el polo N (imán.
Este efecto provocará un movimiento rotativo en la bobina en el sentido de las agujas del reloj, esto nos lleva a pensar, que si la intensidad del campo magnético del imán es fija, la fuerza de rotación dependerá de la intensidad del campo magnético producido por la corriente en la bobina.MOVIMIENTO WESTON:
Lo anteriormente descrito es el que se utilizaba en el galvanómetro D'Arsonval, mismo que fue posteriormente perfeccionado por el Dr. Weston, las imágenes siguientes nos dan un ejemplo de su funcionamiento, en este caso se le proveyó a la bobina de una aguja móvil, la cual hace su indicación sobre una escala graduada, de la corriente circulante en su bobina.
En la primera imágen se puede ver que el interrupor está abierto, por lo mismo no hay corriente circulando por la bobina, en la segunda, ya el interruptor se cerró dejando pasar corriente a la bobina, causando con esto la desviación de la aguja. Se le provee también de un resorte que obliga a la aguja a retornar a su posición de reposo o sea cero, cuando no hay corriente circulando por la bobina.
Como se dijo cuando se describió el principio D'Arsonval, la bobina se convierte en un electroimán al circular corriente por ella y sucede lo que se indicó.
La construcción de este instrumento es como sigue:
Un imán permanente de la mejor calidad de acero y muy bien tratado para que mantenga su imanación, a este se le provee de dos piezas polares de hierro dulce, semicirculares con el fin de concentrar las líneas de fuerza magnética en el centro de este está el núcleo, de hierro dulce y de forma cilíndrica, el objeto del núcleo es la de aumentar el campo magnético.
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El núcleo se fija en su posición con tiras de bronce a las piezas polares formando un puente. La bobina se monta entre el núcleo y las piezas polares, se utilizan pivotes de acero los cuales se hacen descansar sobre cojinetes zafiro, el alambre con el cual se construye la bobna es muy fino, el cual se devana (enrolla)sobre un soporte hecho de una aleación de aluminio.
En los dos extremos de la bobina hay resortes muy finos similares a los usados en los relojes, estos se colocan en dirección opuesta a fin de mantener a la aguja en posición de cero, y a la vez se evita que los cambios de temperatura alteren,tanto la posisicón de la bobina y de la aguja; es a través de estos dos resortes que se conecta la bobina a los bornes del instrumento. En uno de los extremos de la bobina se asegura la aguja que hace las indicaciones, a la aguja se le provee de un contrapeso el cual se construye enrollando unas vueltas de alambre.
AMPERIMETRO Y UN VOLTÍMETRO:
Hemos estudiado el principio de funcionamiento de un instrumento, pero cuando se trata de medir voltaje o amperaje, cual es el instrumento indicado, como funciona?Es exactamente el mismo mecanismo que se acaba de estudiar el que se aplica a la medición de amperaje y voltaje, en otras palabras el funcionamiento es exactamente el mismo en ambos instrumentos, en lo que se diferencian es la resistencia interna de cada
instrumento.
EL AMPERÍMETRO: La bobina que se emplea para este instrumento es de baja resistencia, en otras palabras, el alambre es grueso y con un número de vueltas redudcido, lo cual permite que la corriente fluya sin mayores obstacúlos(resistencia).
EL VOLTÍMETRO: En este instrumento la bobina que se utiliza es, si es de poco alcance, o sea, que tiene una escala reducida para medir voltajes, utiliza un gran número de vueltas de almbre muy fino y por lo mismo, su resistencia interna es bastante alta al paso sde la corriente. Para medir voltajes mayores, en los voltímetros se hace uso de resistores extras, mismos que van en serie con la bobina del instrumento.Otra diferencia entre estos dos instrumentos, es la forma en que se conecta al circuito bajo prueba. El amperímetro se debe de conectar en serie con el circuito, en tanto que el voltímetro se conecta en paralelo.
SENSIBILIDAD DEL INSTRUMENTO:
EN EL AMPERÍMETRO: La sensibilidad se indica por el número de amperios, miliamperios o µamperios que debe de fluir por la bobina para producir la desviación completa. Si un instrumento tiene una sensibilidad de 1 ma., es necesario 1 mA. para producir la desviación completa.
EN EL VOLTÍMETRO: Aquí la sensibilidad está expresada en los ohmios por voltio , o sea, la resistencia del instrumento. Para que el voltímetro sea preciso que este tome una corriente muy baja del circuito, lo cual se obtiene mediante una alta resistencia.
OSCILOGRAFO
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Un oscilógrafo es un instrumento para medir corriente eléctrica alterna o variable, en términos de intensidad y voltaje, y volcar los resultados en una gráfica sobre papel o en una pantalla de vídeo.
Existen dos tipos básicos del instrumento:
El oscilógrafo electromagnético, inventado por André Eugène Blondel (1863-1938), funciona haciendo pasar la corriente a medir por una bobina o galvanómetro que tiene adosada una «mano» o pluma para graficar las variaciones. Se deben también modelos de este tipo a William Duddell.Los oscilógrafos electromecánicos no pueden grabar oscilaciones de más de 500 Hz.
El oscilógrafo de rayos catódicos u osciloscopio, que puede ser analógico o digital, resultado de los trabajos de Carl Ferdinand Braun (1850 - 1918) , posteriormente profundizados por Philipp Lenard.
Además de los usos específicos en electricidad y electrónica, existen numerosas aplicaciones del oscilógrafo en el campo de la medicina, incluyendo los electrocardiógrafos
para medir el funcionamiento del corazón el electroencefalógrafo para registrar las ondas cerebrales, y equipos específicos para aplicaciones en estudios fonéticos.
El oscilógrafo catódico consta de dos partes principales: un tubo de rayos catódicos y un circuito eléctrico. En el tubo de rayos catódicos existe un dispositivo para obtener un haz estrecho de electrones rápidos y una pantalla que se ilumina en los lugares de la colisión de los electrones. El circuito eléctrico controla el movimiento del haz electrónico de manera que en función del carácter del proceso que se escribe en la pantalla del tubo de rayos catódicos se recibe una u otra imagen. Cuando con ayuda del oscilógrafo catódico se escribe un fenómeno rápido, por ejemplo, una descarga eléctrica, el cuadro en la pantalla del oscilógrafo (osciloscopio) aparece y desaparece tan rápido que es difícil de ver todos los detalles o fotografiarlos. Esa dificultad es fácil de vencerla si el fenómeno en cuestión es periódico o se le puede repetir reiteradas veces durante un segundo.
En este caso la exploración horizontal del rayo electrónico concuerda con el momento del inicio del fenómeno de manera que una serie de imágenes sucesivas de un mismo fenómeno se obtiene precisamente en un mismo sitio de la pantalla y se superponen. Este cuadro que de hecho aparece y desaparece muchas veces por segundo nuestro ojo lo percibe como una
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imagen unida inmóvil que posee cierto brillo medio. El brillo medio es tanto mayor, cuanto más elevada es la frecuencia de repetición. Siendo la frecuencia de repetición suficiente, la imagen puede examinarse bien, medirse y fotografiarse sin dificultad alguna. En aquellos casos cuando es imposible lograr una repetición reiterada del fenómeno, para obtener un brillo suficiente de la imagen se utiliza un oscilógrafo de alta tensión. En el oscilógrafo de alta tensión entre el cátodo y ánodo del tubo de rayos catódicos se crea una diferencia de potencial de varias decenas de miles de voltios. En este caso a los electrones se les suministra una energía tan grande que al chocar con la pantalla provocan una luminosidad deslumbradora. La imagen en la pantalla resulta tan brillante que a pesar de su corta duración es fácil fotografiarla.
3. CONCLUSION
La invecion de estos instrumentos con gran precision en medidas fue un gran paso para la tecnologia ya que siguiendo el principio D'Arsonval, la bobina se convierte en un electroimán al circular corriente por ella causando en efecto un movimiento rotativo en la bobina en el sentido de las agujas del reloj, esto nos lleva a pensar, que si la intensidad del campo magnético del imán es fija, la fuerza de rotación dependerá de la intensidad del campo magnético producido por la corriente en la bobina.
En los dos extremos de la bobina hay resortes que se colocan en dirección opuesta a fin de mantener a la aguja en posición de cero, y a la vez se evita que los cambios de temperatura alteren,tanto la posisicón de la bobina y de la aguja; es a través de estos dos resortes que se conecta la bobina a los bornes del instrumento. En uno de los extremos de la bobina se asegura la aguja que hace las indicaciones, a la aguja se le provee de un contrapeso el cual se construye enrollando unas vueltas de alambre.
El mismo mecanismo que se acaba de estudiar es el que se aplica a la medición de amperaje y voltaje, pero se diferencian en la resistencia interna de cada uno. De tal manera tambien entra el oscilografo, que ya con estudios mas avanzados, consta de dos partes principales: un tubo de rayos catódicos y un circuito eléctrico. En el tubo de rayos catódicos existe un dispositivo para obtener un haz estrecho de electrones rápidos y una pantalla que se ilumina en los lugares de la colisión de los electrones. El circuito eléctrico controla el movimiento del haz electrónico de manera que en función del carácter del proceso que se escribe en la pantalla del tubo de rayos catódicos se recibe una u otra imagen.
Además de los usos específicos en electricidad y electrónica, existen oscilógrafo en el campo de la medicina, incluyendo los electrocardiógrafos para medir el funcionamiento del corazón el electroencefalógrafo para registrar las ondas cerebrales, y equipos específicos para aplicaciones en estudios fonéticos.
4. BIBLIOGRAFIA
http://www.sapiens.itgo.com/documents/doc12.htm http://www.electronica2000.net/curso_elec/leccion39.htm
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http://es.wikipedia.org/wiki/Oscil%C3%B3grafo
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