instrumentos de medicion electrica. integradores (parte 1)

7/24/2019 Instrumentos de medicion electrica. Integradores (parte 1)

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TIPOS DE INSTRUMENTOS DE

MEDICION


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INSTRUMETOS

GALVANOMETRICOS

ESTRUCTURA DEL CAPITULO2.1. Instrumentos Galvanomtricos

2.2. Instrumentos Electromtricos

2.3. Instrumentos Integradores

2.4. Instrumentos para facturacin de potencia y energa

2.5. El Osciloscopio

OBJETIVOS

Que el lector utilice bien los conceptos de los instrumentosgalvanomtricos, sus variaciones y su utilidad.

Saber la aplicacin correcta tanto terica como practica


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2.1 INSTRUMENTOS GALVANOMETRICOS

1.1. Concepto de instrumentos Galvanomtricos

Son instrumentos en las cuales, su indicacin y operacin se deben a la

corriente elctrica y que su funcionamiento, est dada frecuentemente por

los fenmenos de interaccin electrodinmica entre dichas corrientes

elctricas y los campos magnticos, muchas veces tambin se utilizan las

propiedades fsicas de la dilatacin trmica.

Su funcionamiento est basado en la interaccin de la intensidad de corriente

y el campo generado por un imn. Este instrumento est diseado de tal

forma que el imn de naturaleza permanente o un electroimn que produce

un campo magntico generando una fuerza cuando hay un flujo de corriente

cercana a dicho imn. La parte mvil bien puede ser un imn o la bobina.

La fuerza causada en dicho fenmeno inclina o mueve al elemento mvil en

grado que es proporcional a la corriente. El elemento mvil puede tener un

puntero o algn otro elemento similar que nos permita leer en un dial el grado

de inclinacin generado por la medida.

Existen muchos tipo de galvanmetros pero los ms conocidos y usados son

los galvanmetros de D'Arsonval*

JACQUES ARSNE D'ARSONVAL

(La Borie, 1851 - Pars, 1940) Mdico y fsico francs.

Realiz sus estudios de Medicina en las universidades de

Poitiers, Limoges y Pars.

En el curso de sus investigaciones ide, junto con MarcelDesprez, un tipo de galvanmetro sensible a corrientesmuy dbiles cuyo funcionamiento se basa en la induccinentre dos bobinas, una de las cuales se encuentra fija.


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1.2. Clases de galvanmetros segn la corriente a medir

Micro ampermetros

Figura 2.1 micro ampermetro

Este galvanmetro (Figura 1.1.) esta calibrado en millonsimas de amperios,en cuanto aun miliampermetro en milsimas de amperiosDebemos recordar que los galvanmetros convencionales no puedenutilizarse para medir corrientes alternas, porque las oscilaciones de lacorriente produciran una inclinacin en las dos direcciones.

Electrodinammetros

Figura 2.2 Electrodinamometro.

El electrodinammetro, es una variante del galvanmetro puede utilizarsepara medir corrientes alternas mediante una inclinacin electromagntica.Este medidor contiene una bobina fija situada en serie con una bobina mvil,que se utiliza en lugar del imn permanente del galvanmetro. Dado que lacorriente de la bobina fija y la mvil se invierten en el mismo momento, lainclinacin de la bobina mvil tiene lugar siempre en el mismo sentido,producindose una medicin constante de la corriente. Los medidores deeste tipo sirven tambin para medir corrientes continuas.


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PRINCIPIO DEL ELECTRODINAMOMETRO

La figura 1.2 muestra el principio de funcionamiento de los instrumentos detipo electrodinammetro. Las tres bobinas estn conectadas en serie y la

interaccin entre sus respectivos campos magnticos produce una fuerza detorsin, sobre la bobina mvil, proporcional a la intensidad de la corriente quecircula por las mismas.La parte fundamental del instrumento consiste en una bobina fija dividida endos partes, y una bobina mvil sostenida por un eje entre las dos seccionesde la bobina fija. Cuando circula una corriente alterna a travs de ambasbobinas, que estn conectadas en serie, se inducen alternativamente polosidnticos en los extremos de la bobina fija y mvil, cuya interaccin hace girarla bobina mvil proporcionalmente a la intensidad de la corriente que circulapor las bobinas.

Medidores de aleta de hierro

Este instrumento utiliza dos aletas de hierro dulce, una fija y otra mvil,colocadas entre los polos de una bobina cilndrica y larga por la que pasa lacorriente que se quiere medir. La corriente induce una fuerza magntica en lasdos aletas, provocando la misma inclinacin, con independencia deladireccin de la corriente. La cantidad de corriente se determina midiendo elgrado de inclinacin de la aleta mvil.

Medidores de termopar

Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan medidores quedependen del efecto calorfico de la corriente. En los medidores de termopar sehace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unin de termopar. Laelectricidad generada por el termopar se mide con un galvanmetroconvencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por unhilo fino que se calienta y se estira. El hilo est unido mecnicamente a unpuntero mvil que se desplaza por una escala calibrada convalores de corriente.

1.3. Instrumentos de bobina mvil

Estos son instrumentos de ndice desplazable, de aguja los normales o de espejo ohaz luminoso lo ms sensibles. Consta de un imn permanente que proporciona uncampo magntico constante de una relativamente alta inductancia en el que puedegirar una bobina devanada sobre un carrete muy liviano de forma rectangular (deah el hombre de cuatro mvil) de un determinado nmero de espiras por la que sehace circular la corriente de medida. Para minimizar el efecto magntico del aire seaade un ncleo cilndrico de material ferromagntico en ocasiones fijo y en otrossolidarios con el conjunto mvil.
http://www.monografias.com/trabajos/indephispa/indephispa.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/indephispa/indephispa.shtml


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Figura 2.3 Instrumento de bobina mvil.

Este incluye un ndice generalmente en forma de aguja que se desplaza sobre launa escala graduada convenientemente y un resorte en forma de espiral oconstituido por un alambre elstico actuando a torsin en los ms sensibles. Es uninstrumento con polaridad ya que las fuerzas dependen del sentido de intensidaden la espira de la bobina. Utilizando en corriente continua es instrumento sedesplaza en el sentido correspondiente (normalmente slo puede hacerlo enuno, aunque los hay de cero central) hasta igualar el par motor electrodinmico yel par antagonista del resorte en un proceso transitorio en el que se intervienenesfuerzos de inercia y de rozamiento viscoso. Los esfuerzos en juego (momentosde rotacin) son:

1.4- Instrumentos electromagnticos o hierro mvil

Es otro instrumento galvanomtrico en el que la bobina es fija y cilndrica en formade carrete, similar a un solenoide, crendose en su interior un campo magntico

Par electrodinmico MEd =D.a.Ne.B.i(t) =x.i(t)

Par de reposicin del resorte Mrep =DH .

Par de inercia = .

.

Par de rozamiento viscoso = .


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relativamente paralelo al eje que imanta de las misma forma, anteroposterior; ypolaridad a dos piezas de material ferromagntico de gran permeabilidad y bajasfuerzas coercitiva para reducir lo ms posible el efecto de remanencia. Ambaspiezas se construyen de chapa delgada una de ellas es fija y solidaria con el carretey la otra mvil y solidaria con el eje que contiene el ndice o aguja.

Figura 2.5 instrumento de hierro mvil.

En ambas piezas se establecen fuerzas magnticas de repulsin sea cual sea elsentido del campo y por tanto de la intensidad estas fuerzas son proporcionales alcuadrado de la induccin y por tanto al cuadrado del valor instantneo de laintensidad.

Por las mismas razones que en el caso anterior en lo referente al comportamientodinmico del conjunto mvil, el desplazamiento de esta ser constante ydependiente del valor medio del cuadrado de la intensidad y consigueconsiguientemente del valor eficaz. Esto hace que los instrumentos de hierro mvilsean especialmente adecuados para la medicin de intensidades alternas, aunquetambin pueden ser utilizados para mediciones de corriente continua, si bien en estecaso se puede dejar sentir el efecto de la remanencia.

Los instrumentos electromagnticos o de hierro mvil son sensibles e indica valoreseficaces tanto de corrientes continuas como periodistas.

Como las fuerzas de atraccin o repulsin magntica son muy dependientes de la

separacin entre los elementos que est en juego, es prctica habitual que ambaslminas se construyen usando formas especiales de ancho variable y una ligeraexcentricidad entre ambas; con estas disposiciones constructivas se consigui unacierta linealidad de la escala que, aun as presenta una elevada insensibilidad a losvalores menores del alcance, de forma que la lectura efectiva suele comenzar apartir del 30% del alcance.


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El flujo magntico se cierra en gran parte por el aire por lo que su sensibilidad esescasa consiguindose un valor raramente inferior a los 100 mili vatios a fin deescala. Por la misma causa, las ilusiones magnticas en juego son bajas por loscampos magnticos externos pueden hacer sentir de forma apreciable aadiendo orestando, campo y por lo tanto fuerza motriz. La influencia de los campos

magnticos externos se hace sentir especialmente cuando la naturaleza de estos yla de la corriente de la bobina son homlogas, es decir, ambas continuas o ambasalternas igual frecuencia.

2.2 INSTRUMENTOS ELECTROMETRICOS

Los instrumentos electromtricos son sensibles a la tensin o diferencia depotencial, y casi siempre el consumo de corriente es nulo o sino insignificantes. Aeste grupo pertenecen los instrumentos electrostticos cuya funcionalidad procede

de las de atraccin o repulsin electrosttica. Son delicados, ya que las fuerzasson del orden de microgramos.

Es comn encontrar a la entrada del acoplamiento del CMOS un apoyo electrnicoy generalmente presentan una salida digital.

Un instrumento ideal sera un equipo que presenta una impedancia de entradainfinita. Es posible medir corriente a travs de la cada de tensin provocada alcircular por la resistencia.

IX= (GSH +GE).UE-GSH.UE (2.1)

Fig.2.6Circuito de un instrumento ideal

En donde UEy GE (que como se ha dicho es muy pequea y puede despreciarse)son los valores de la tensin y de la conductancia del instrumento y GSHel valor dela conductancia conectada en derivacin para construir el conjunto ampermetro.

Se pueden presentar dificultades debido a que los valores necesarios pueden serelevados, por lo que se suele realizar utilizando una tcnica de divisor de tensin.


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Segn la figura anterior la tensin de medir y la que alimenta al elementoelectromtrico, en el supuesto de un consumo de intensidad nulo de este, cumplela relacin siguiente:

UX = UE. (1+ (R1/R2)) (2.)

Que presenta posibilidades de obtener prcticamente cualquier alcance que, porsupuesto, sea superior al del instrumento.

Fig 2.7.Modelo divisin de tensin

2.2.1 Instrumentos Electrostticos

Son los instrumentos originariamente electromtricos, antes eran llamadoselectrmetros, ya que actan utilizando las fuerzas de atraccin o repulsin

electrostticas de placas cargadas elctricamente, por lo cual capturan energaelctrica que transforma en energa potencial elstica.

Como slo consumen corriente en el proceso transitorio de carga y desplazamientode las placas, estn construidos por un conjunto de placas fijas, divididas en cuatrocuadrantes circulares conectados dos a dos, y una placa mvil, llamada aguja, enforma de pajarita y solitario con el eje que, como es habitual, est dotado de loscorrespondientes dispositivos de suspensin, reposicin e indicacin. Este ltimo,el dispositivo de indicacin, es comnmente de tipo luminoso y espejo, para que seams liviano el conjunto mvil, ya que son pequeas las fuerzas que intervienen. LaRepresentacin del esquema.


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Fig 2.8 Electrmetro de cuadrantes

La relacin que proporciona la desviacin es:

= (V1 - V2)[2.V - (V1 - V2)] 2..3

En donde V1 y V2son los potenciales de cada pareja de cuadrantes y V es el dela aguja, K es una constante propia del instrumento tiene en cuenta el rea yseparacin de cuadrantes y aguja y la constante del resorte antagonista. Lademostracin es como se sigue:

La energa electrosttica total almacenada por el conjunto de dos cuadrantescontiguos y media aguja se puede estimar a travs de las dos capacidades y lasdiferencias de potencial. Aquellas, las capacidades, sern proporcionales a losngulos X e Y respectivamente, por lo que se puede escribir:

WT= (K/2).[x.(V2-V)2 + y.(V1-V)2] 2.4

Fig 2.9 Instrumento de lectura o indicacin


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2.2 Instrumentos Electrnicos digitales

En el mundo de la tecnologa actual hay centenares de instrumentos cuyofuncionamiento es electrnico. Nos referimos a aquellos instrumentos que nos danuna medida inmediata, estos se limitan a efectuar mediciones de tensin y consalida en forma digital; por eso haremos una pequea descripcin y mencionaremos

un poco sobre el principio de operacin de los temas digitales.

Fig 2.10 Instrumentos digitales

En estos instrumentos su operacin se basa en los llamados conversores analgico-digital, los cuales, como indica su nombre convierten a cifras el valor de una tensincontinua, en los instrumentos de lectura, el conversor tambin tiene un display quemuestra la lectura al usuario del aparato.

Uno de estos instrumentos que no es muy utilizado hoy en da, pero que por susencillez puede ser fcilmente comprendido, es el llamado de simple rampa y sebasa en el nmero de impulsos encontrados en el intervalo de tiempo, en que unatensin linealmente creciente tarde en alcanzar la tensin (analgica) que se deseamedir: tanto los impulsos como la tensin de rampa se genera internamente conuna frecuencia, se genera tambin na pendiente la cual es extremadamente precisa.Si mayor es la tensin mayor es el nmero de impulsos que se computa y se exhibenen el visualizador.


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Fig 2.11 .Conversor A/D de simple rampa

2.3 INSTRUMENTOS INTEGRADORES

Los instrumentos integradores son aquellos instrumentos capaces de registrar la

cantidad de energa elctrica y esto lo logran mediante la utilizacin de la integral.

2

1

t

t

pdt (2. )

Fig 2.12Grfica obtenida con la integral de la ecuacin.


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Fig 2 .13Sistema integrador y sistema motor.

En la Fig. 2.11 podemos ver grficamente la potencia que se consume con respecto

al tiempo y a su vez esta grfica tambin se utiliza para facturar a los consumidores.

Los contadores de energa que son conocidos con el nombre de medidor, son

instrumentos los cuales constan de un sistema motor y un sistema integrador como

se ve en la figura Fig 2.12. En general existen tres tipos de instrumentos

integradores.

Fluxmetros: Integra impulsos transitorios de voltaje.

Culombmetros: (galvanmetro balstico), Integra impulsos transitorios

de corriente.

Contador de energa elctrica: Integra impulsos transitorios y tambin

seales continuas.

GALVANOMETRO BALISTICO

Las principales caractersticas de los galvanmetros balsticos son:

Tienen una bobina mvil: Que permite medir corriente continua y

poseen una suspensin por hilo, que tambin sirve como antagonista. Son muy sensibles y por tanto de ndice luminoso por reflexin de un

haz en un espejo acoplado al conjunto mvil.

El instrumento permite hacer mediciones positivas y negativas por eso

tiene un cero central.

Su parte mvil posee demasiadas oscilaciones motivo por el cual es

difcil hacer medicin de corrientes.


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El instrumento nos indica un valor proporcional a la cantidad del

impulso de la intensidad de corriente que lo recorre, sea a la integral

en el tiempo de dicho impulso que corresponde a la carga elctrica.

En la actualidad este tipo de instrumento ha sido reemplazado por

otros modernos que pueden hacer su misma funcin, con mejor

comodidad a pesar de las interferencias que puedan estar cerca de l.

Se puede determinar la cantidad de carga de un condensador a partir

de la corriente que proviene de una fuente de voltaje.

Cmo funciona el galvanmetro balstico?

Si analizamos como es la presencia de un campo magntico sobre un alambre

conductor este experimenta una fuerza que est dado por la frmula:

F IBLsen (4. )

Fig 2.14Esquema como se compone un galvanmetro balstico.

De figura podemos decir que:

Al fluir corriente por las espiras de la bobina, los lados X e Y experimentan

fuerzas magnticas ocasionando giros en la bobina y que a su vez estiran aun resorte colocado para colocar nuevamente a la bobina a su posicin

original cuando ya no hay circulacin de corriente. El estiramiento del resorte

es proporcional a la fuerza y que a su vez tambin es proporcional a la

corriente que circula por la bobina. El estiramiento hace que la aguja tenga

desviaciones que nos indica en una escala a la lectura.

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