ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALLABORATORIO DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA

PRÁCTICA Nº 3

TÍTULO: USO DE ESCALAS

OBJETIVO: Interpretar las lecturas efectuadas con varios instrumentos de medición y en escalas diferentes de las magnitudes: diferencias de potencial(voltaje) e intensidad de corriente (corriente) en los elementos de un circuito eléctrico. Analizar los errores cometidos, comentarlos y justificarlos.

TEORÍA:

ESCALAS DE MEDIDA

La escala de medida en cualquier aparato de medida es la zona graduada de la pantalla del aparato de medida. Sobre ésta se desplaza el índice para indicarnos el valor de la medida. Debido a la constitución interna del aparato, obtenemos distintas distribuciones en las divisiones de la escala, tal y como se puede ver en la Figura 1. Pueden ser:

• Uniformes: todas las divisiones son iguales a lo largo de la escala.

• Cuadráticas: las divisiones se ensanchan sobre el final de la escala.

• Ensanchadas: las divisiones son distintas al principio y al final de la escala.

• Logarítmicas: las divisiones son menores al final de la escala.

FIGURA 1.-Tipos de escalas

CAMPO DE MEDIDA

También llamado «capacidad» o «calibre» del aparato, es la máxima medida que se puede realizar con un determinado aparato. Los aparatos de medida pueden llevar diferentes campos para una misma magnitud, según las condiciones de conexión, tal y como se puede apreciar en la Figura 2.

.

FIGURA 2.- Voltímetro, ejemplo de aparato de medida con diferentes campos de medidas

Podemos ampliar el campo de medida de tensión cambiando tan sólo las bornas de conexión del aparato, conectándolo entre 0 y 150 V o bien entre 0 y 300 V.

CAMPO DE LECTURA

Como se puede apreciar en la Figura 2, existe una zona de la escala en la que no existen divisiones. Esto indica que ese aparato no realiza la medida con precisión en esa zona, con lo que el campo de medidas fiables es el correspondiente a la zona marcada con divisiones. Es el llamado «campo de lectura».

CONSTANTE DE MEDIDA

Las escalas no suelen tener una división por cada unidad de la magnitud que se está midiendo; por este motivo, en la mayoría de los casos, cada división representa varias unidades de medida, de manera que para obtener el valor real es necesario multiplicar el número de divisiones por la constante correspondiente. Dicha constante va a depender del tipo de escala, como vemos a continuación:

Escalas uniformemente graduadas.- en el amperímetro de la Figura 3. Tenemos tres constantes de medida, ya que el aparato tiene tres alcances con las mismas divisiones, que se obtienen de la forma siguiente:

FIGURA 3.-Amperimetro con tres alcances de medida.

Escalas que precisan de acotación.- en aquellos aparatos en los que el campo de lectura no se corresponde con el campo de medidas se recurre a precisar el tramo de lectura del mismo. Así, en el caso del voltímetro de la Figura 2, hemos de recurrir a acotar el número de divisiones entre un valor máximo y el valor mínimo, y contar el número de divisiones en ese tramo.Para una mejor comprensión, realizamos a continuación un ejemplo con el voltímetro de la Figura 2 para la escala de 150 V. Lo primero sería elegir un tramo de la escala; para este caso elegimos como valor mayor 120 V y como valor menor 90 V. Se aprecia que en ese tramo hay seis divisiones. Aplicando la expresión:

Cuando hablamos de escalas, campos de lecturas o constantes de medidas, hemos de entender que sólo es de aplicación a los aparatos de medida analógicos, ya que los digitales presentan el valor directamente sobre la pantalla o display.

SÍMBOLOGIA UTILIZADA EN LOS APARATOS DE MEDIDAS ELÉCTRICAS Los aparatos de medida pueden ser analógicos o digitales; los primeros presentan la medida mediante un índice o aguja que se desplaza sobre una escala graduada, y los segundos presentan el valor en una pantalla o display mediante números. Para representar esquemáticamente e interpretar las inscripciones de funcionamiento se recurre a la simbología normalizada que se recoge en la Tabla 1.

TABLA 1.-Simbología utilizada en medidas eléctricas

TABLA 1.-continuación

CATEGORÍA DE EMPLEO

INTERPRETACIÓN DE LAS INDICACIONES INSCRITAS EN LOS APARTOS DE MEDIDA

Los aparatos de medida llevan, en la parte inferior de la escala, unos símbolos que indican las características tanto constructivas como de funcionamiento de dicho

aparato. En la Figura 4 se han resaltado estas indicaciones de las que se aclaran su significado a continuación.Las inscripciones superiores de la zona resaltada (VDE), corresponden a las normas y certificaciones que cumple dicho aparato.

FIGURA 4.- Detalle de las indicaciones inscritas en los aparatos de medida.

Significado de las inscripciones del aparato de la Figura 4:

REALIZACIÓN DE MEDIDAS ELECTRICAS FUNDAMENTALES

En las instalaciones eléctricas podemos realizar medidas de una forma permanente mediante aparatos de cuadro, (Figura 5) o bien, de una forma aleatoria, mediante aparatos portátiles (Figura 6). En ambos casos estos aparatos pueden ser analógicos o digitales.

FIGURA 5.-Aparatos de cuadro FIGURA 6.- Aparatos portátiles Para realizar una medida podemos utilizar un aparato específico de la magnitud que pretendemos conocer, como por ejemplo medir la potencia eléctrica utilizando un vatímetro (método directo), o bien medir las magnitudes necesarias para deducir la que pretendemos conocer (método indirecto).

Como precaución inicial antes de realizar cualquier medida, es importante seleccionar el aparato idóneo, tanto en el tipo de corriente (continua o alterna) como en la elección del calibre adecuado, con un alcance suficiente para el valor de la magnitud que pretendemos medir.

En el caso de aparatos de corriente continua, es necesario observar la polaridad de conexión, ya que si se conecta con la polaridad invertida, el índice va a intentar girar en sentido contrario en los aparatos analógicos y nos va a aparecer un signo (–) delante de la medida en los digitales.

MEDIDA DE TENSIONES O DE LA DIFERENCIA DE POTENCIAL

Para medir tensión utilizamos el voltímetro (Figura 7). Este aparato está formado internamente por una bobina de muchas espiras y muy poca sección, por lo que presenta una gran resistencia interna, necesaria para poder conectarlo en paralelo a los puntos donde se pretende realizar la medida como se ve en la Figura 8, medida de tensión en corriente continua, y en la Figura 9, medida de tensión en corriente alterna. Cuanto mayor sea la resistencia interna del aparato, menos interferencias provocará

en el funcionamiento del circuito correspondiente, ya que el aparato consume cierta intensidad.

FIGURA 7.- Voltímetro cuadrado.

FIGURA 8.- corriente continua. FIGURA 9.-corriente alterna.

La utilización de conmutadores voltimétricos permite realizar medidas entre los tres hilos activos o entre los tres hilos activos y el neutro, utilizando un sólo aparato de medida.

MEDIDA DE INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA

La intensidad de corriente se mide con el amperímetro (figura 10). Básicamente está constituido por una bobina con muy pocas espiras y una gran sección. Se conecta en serie con el receptor al que queremos medir la intensidad que consume como se aprecia en la Figura 11, en un circuito de corriente continua, y en la Figura 12, en un circuito para corriente alterna.

Para que la conexión de este aparato no modifique las magnitudes en un circuito, se hace necesario que el aparato presente una resistencia interna prácticamente nula, ya que de no ser así, su conexión al circuito provocaría modificaciones del valor de la resistencia total y por ende todas las demás magnitudes derivadas de ésta.

FIGURA 10.-Amperimetro cuadrado.

FIGURA 11.-Corriente continua FIGURA 12.-Corriente alterna

VATÍMETROS

Es el encargado de indicarnos qué potencia llevamos consumida con un determinado receptor en un determinado tiempo. Este aparato nos permite, pues, saber cuál es el consumo, en watios, que estamos realizando de energía eléctrica.

OHMIMETRO

Es un arreglo de los circuitos del Voltímetro y del Amperímetro, pero con una batería y una resistencia. Dicha resistencia es la que ajusta en cero el instrumento en la escala de los Ohmios cuando se cortocircuitan los terminales. En este caso, el voltímetro marca la caída de voltaje de la batería y si ajustamos la resistencia variable, obtendremos el cero en la escala. Generalmente, estos instrumentos se venden en forma de Multimetro el cual es la combinación del amperímetro, el voltímetro y el Ohmimetro juntos. Los que se venden solos son llamados medidores de aislamiento de resistencia y poseen una escala bastante amplia.

GALVANÓMETROS

S3

200

100

50

S2

S1

600+

-

20V

Los galvanómetros son los instrumentos principales en la detección y medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del galvanómetro está diseñado de forma que un imán permanente o un electroimán produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil puede ser el imán o la bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente.

MULTÍMETRO

Multímetro Analógico.-Es el instrumento que utiliza en su funcionamiento los parámetros del amperímetro, el voltímetro y el Ohmimetro. Las funciones son seleccionadas por medio de un conmutador.

Multímetro Digital.-Es el instrumento que puede medir el amperaje, el voltaje y el Ohmiaje obteniendo resultados numéricos digitales. Trabaja también con los 2 tipos de corriente.

Comprende un grado de exactitud confiable, debido a que no existen errores de paralaje. Cuenta con una resistencia con mayor Ohmiaje al del analógico y puede presentar problemas de medición debido a las perturbaciones en el ambiente causadas por la sensibilidad.

EQUIPO A UTILIZARSE:

Fuentes: 1 Fuente de C.C.

Elementos: 1 Banco de resistencias (100 y 300 )1 Reóstato 600

Equipo de medida: 1 Voltímetro D.C.1 Amperímetro D.C.1 Multímetro analógico1 Multímetro digital

Elementos de maniobra y protección: 1 Interruptor doble con protección4 Interruptor 1 Adaptador para medir intensidades de corrientes

Juego de cables

PARTE EXPERIMENTAL:

1. Reconocimiento de los equipos e instrumentos de medida.2. Armar el circuito con una fuente de DC de 15 voltios

2.1. Verificar que el circuito este correctamente conectado.

S3

200

100

50

S2

S1

600+

-

20V

S3

200

100

50

S2

S1

600+

-

20V

2.2. Medir el voltaje con un voltímetro analógico en cada una de las resistencias por forma separada

2.3. Medir el voltaje con un voltímetro digital en las respectivas resistencias (50,100,200)

3. Medir la corriente en cada uno de los interruptores3.1. Medir la corriente en s13.2. Medir la corriente en s23.3. Medir la corriente en s3

4. Copiar las medidas obtenidas mediante el amperímetro.

DATOS EXPERIMENTALES:

Tabla de cálculos de la práctica

MEDICIÓN DE LAS CAIDAS DE POTENCIAL EN CADA RESISTENCIA

RESISTENCIAS 50 Ω 100 Ω 200 Ω

MULTÍMETRO DIGITAL ESCALA: 20 5,02 V 9,97 V 14,97 V

MULTÍMETRO ANALÓGICO ESCALA: 60 K=1 5 V 10 V 15 V

VOLTÍMETRO D. C. ESCALA: 30 K=0,2 5,2 V 10 V 15 V

MEDICIÓN DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE EN CADA INTERRUPTOR

INTERRUPTORES S1 S2 S3

MULTÍMETRO DIGITAL ESCALA: 2mA 1mA 1mA 1mA

MULTÍMETRO ANALÓGICO ESCALA: 12 K=0,2 1,2mA 1mA 0,9mA

AMPERÍMETRO D. C. ESCALA: 1Ma K=0,3 1,8mA 1mA 0,8mA

Ejemplo de cálculo

Medición con el voltímetro con 15 v (DC)

Error relativo = Er Error absoluto = Ea

Ea = (valor real) – (valor medido)

Ea= 15.2 v – 15 v = 0.2 v

Er = (Error absoluto/valor real) * 100

Er = ((15.2 V – 15 V)/15.2)*100 V

Er = 1.3 %

RESULTADOS

Con la resistencia de 50 Ω

Ea= 5.2 v – 5 v = 0.2 vEr = (Error absoluto/valor real) * 100Er = ((5.2 V – 5 V)/5.2)*100 VEr = 3.85 %

Con la resistencia 100 Ω

Ea= 10.2 v – 10 v = 0.2 vEr = (Error absoluto/valor real) * 100Er = ((10.2 V – 10 V)/10.2)*100 VEr = 1.96 %

Con la resistencia de 200 Ω

Ea= 15 v – 15 v = vEr = (Error absoluto/valor real) * 100Er = ((15 V – 15 V)/15)*100 VEr = 0 %

Con el amperímetro

Con el interruptor S1

Ea= 0.001 A – 0.0018 A = -0.0008 AEr = (Error absoluto/valor real) * 100Er = ((0.001 A – 0.0018 A)/0.001)*100 Er = 80 %

Con el interruptor S2

Ea= 0.001 A – 0.001 A = 0 AEr = (Error absoluto/valor real) * 100Er = ((0.001 A – 0.001 A)/0.001)*100 Er = 0 %

Con el interruptor S3Ea= 0.001 A – 0.0008 A = 0.0002 AEr = (Error absoluto/valor real) * 100Er = ((0.001 A – 0.0008 A)/0.001)*100 Er = 20 %

DISCUSIÓN Y ANALISIS DE RESULTADOS

Los errores cometidos pueden ser:

1. El amperímetro analógico necesita ser calibrado ya que no se pudo utilizar todas sus escalas.

2. Al momento de tomar los datos en los instrumentos analógicos se comete errores de percepción.

3. Al momento de calibrar la fuente de energía no se pudo obtener la medida especificada.

4. La lectura de resultados se da de acuerdo a la escala de cada instrumento de medida.

CUESTIONARIO

Presentar los datos debidamente tabulados incluyendo la constante de escala para cada una de las escalas usadas, el error absoluto de lectura para cada medida el error relativo de lectura (considere la medida obtenida con el Multimetro digital como valor real).

Medición de VoltajeInstrumento de medida

Escala # de divisiones

50Ω 100Ω 200Ω Cte. de escala

Multimetro 25V 50 5,8 12,5 17,0 0,5V

analógico 100V 50 6,5 11,5 16,0 2V

Voltímetro 30 V 150 5,0 10,1 15,2 0,2V10 V 100 5,1 - - 0,1V

Multimetro digital

20 V - 5,11 10,10 15,20 -200 V - 5,10 10,1 15,2 -

Error Absoluto Error Relativo

50Ω 100Ω 200Ω 50Ω 100Ω 200Ω0,5 1,26 0,86 9,8% 12,47% 5,56%

Medición de corriente

Instrumento de medida

Escala # de divisiones

S1 S2 S3 Cte. De escala

Amperimetro 1 A 100 0,18 O,1 0.075 0,01 A0.3 A 50 0,18 0,11 0,077 0,006 A

Multimetro analógico

500mA 50 190 115 80 10mA- - - - - -

Multimetro digital

200mA - 179 102,9 77,5 -2000mA - 180 103 77 -

Error Absoluto Error Relativo

S1 S2 S3 S1 S2 S33,33 5,33 0,33 1,85% 5,17% 0,43%

Presentar un ejemplo de cálculo que aclare cada uno de los valores de la tabla del numeral anteriorConstante de escala (Eje: escala 25 V)

cte escala=Valor fondo deescala¿ dedivisiones

cte escala= 1100

=0.01V

Error absoluto (Ej:50Ω)

Ea= valor medido – valor realEa= 5,6-5,1= 0.5

Error relativo (Ej:50Ω)

Er%=Error AbsolutoValor real

Er%=0.55,1

=5,8 %

Interpretar las medidas y justificar los errores cometidos

En toda medición siempre existen errores. En esta práctica obtuvimos resultados con poco margen de error porque utilizamos correctamente las escalas respetando la cantidad de voltaje que generaba la fuente. En la medición existen errores de paralaje, errores ambientales, errores de observación, errores instrumentales, y errores sistemáticos en los cuales nos van a variar un poco el resultado de acuerdo a cuantos errores totales tenemos. En nuestro caso estos errores existen pero en menor proporción.

CONCLUSIONES:

Una adecuada utilización de la escala en un aparato de medida permite tener una mejor visualización de la medida y obtener un menor porcentaje de error.

Los errores obtenidos son bajos eso quiere decir que utilizamos la escala adecuada para obtener estos resultados.

Si en los aparatos de medición existen una mala utilización de las escalas podemos afectar al aparato de medición y así tendríamos errores graves de medición o dañar por completo al aparato.

Cuando medimos con diferentes escalas, se puede notar que las mediciones no son las mismas, porque hay interfieren los errores de paralaje, errores de observación etc.. afectando al resultado de la medición.

Se logro obtener un amplio conocimiento referente a la forma de determinar una escala al momento de obtener una medición.

La escala de medición en el instrumento debe ser más grande que el valor de la medición que se va a hacer. En caso de no conocer el valor de la medición, se debe seleccionar la escala más grande.

Los distintos instrumentos de medida trabajan bajo ciertas especificaciones de voltaje, corriente máximas que no deben ser superadas.

Es muy importante observar estas limitaciones de los instrumentos para de esta forma evitar un daño o mal funcionamiento de los mismos.

Siempre se debe verificar que valor de medida se va a medir para escoger correctamente la escala en el instrumento de medida.

Para saber un determinado voltaje de una carga, se debe conectar el voltímetro en paralelo. Los voltajes en una carga no precisamente son los mismos que los de la fuente. Se concluye que en está practica se entendió como leer los instrumentos de medida de

corriente y de voltaje como el voltímetro, amperímetro y multímetro; a interpretar sus respectivas escalas y a conectar correctamente estos instrumentos en un circuito.

RECOMENDACIONES:

Al momento de regular el voltaje con el reóstato, para obtener una alimentación de 15V para el circuito, debemos asegurarnos que todos los interruptores estén cerrados, ya que si alguno está abierto producirá una gran caída de tensión.

Fijarnos bien en las especificaciones de construcción del instrumento para utilizarlo correctamente.

Colocar el voltímetro o amperímetro en la escala adecuada, porque la fuente puede arrojar más voltios o más corriente en el cual el voltímetro o amperímetro, no lo puedan soportar y por consecuencia quemar nuestro aparato de medición.

Realizar una medición correcta poniendo los terminales del multímetro dependiendo de que se haya de medir Ejemplo Si medimos amperios generalmente los terminales deben ir en los switchs en serie y abierto; y para medir voltaje en las resistencias se deben colocar los terminales según la polaridad que tenga las resistencias en el circuito.

Al terminar la práctica debemos asegurarnos de que todos los instrumentos de medida estén debidamente apagados para evitar que sus baterías se gasten.

APLICACIONES:

Las escalas de los diferentes instrumentos de medida se aplican en todas las medidas que se hagan con los mismos, al saber cómo utilizar correctamente las mismas disminuimos el error en prácticas posteriores.

En una instalación eléctrica es necesario saber escoger bien la escala para medir el voltaje que nos entrega la empresa eléctrica y de esta manera evitar que el Multimetro sufra una avería y obtener el menor error posible.

Podemos utilizar el circuito de esta práctica como base, ya que los conceptos que entendimos acerca de esta, nos servirán posteriormente para resolver mallas eléctricas más complicadas.

Al saber utilizar correctamente los aparatos de medida podremos determinar correctamente lo que estos miden y utilizar dichos resultados para diversas aplicaciones como por ejemplo para saber si un elemento funciona o no correctamente.

BIBLIOGRAFÍA:

http://www.monografias.com/trabajos46/instrumentos-medicion/instrumentos-medicion2.shtml

Hablemos de la electricidad, MSC. Augusto Cevallos Cubillo Eugenio http://electricidad-okar.blogspot.com/2009/02/aparatos-de-medida.html http://www.labc.usb.ve/mgimenez/Lab_Circ_Electronicos_Guia_Teorica/Cap6.pdf http://portaleso.homelinux.com/usuarios/Toni/web_simbolos/

unidad_simbolos_electricos_indice.html#medida