taller electrónica basica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA Instrumentación y Mediciones - 201455 Act – 10 Trabajo Colaborativo Nº 2

ECBTI UNAD Grupo 41

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

INSTRUMENTACIÓN Y MEDICIONES

TRABAJO COLABORATIVO Nº 2

ACT. 10

MARÍA VICTORIA SANTA GUTIÉRREZ

CARLOS ANDRES CARRANZA

ANDRES SAULO

TUTOR

COLOMBIA

MAYO DE 2012


ECBTI UNAD Grupo 41

INTRODUCCIÓN

El Ingeniero Electrónico requiere, para el desarrollo y el ejercicio de su profesión, el conocimiento, entendimiento y manejo correcto de instrumentación electrónica, con el fin de llevar a cabo los procesos de verificación de sus diseños y caracterización de los sistemas implementados. Es por esta razón que este trabajo colaborativo 2 de circuitos eléctricos de equilibrio, consta del desarrollo de 5 puntos prácticos donde se trabajara con el diseño e implementación de 5 puentes de medición y sus aplicaciones. Los puentes son arreglos de componentes (resistores, inductores, capacitores, fuentes), los cuales permiten realizar medidas de precisión.

El curso académico de Instrumentación y Mediciones y Laboratorio es una evidencia sobre el actuar de los diferentes elementos, dispositivos y sistemas basado en la electrónica, cuyas aplicaciones están presentes actualmente en innumerables aspectos de nuestra vida cotidiana y lograr medir los efectos del accionar de los mismos, nos la medida de su eficiencia o rendimiento en los diferentes arreglos que la electrónica en su inventiva e imaginación puede crear y poner a disposición de la sociedad en su transcurrir , científico, tecnológico , industrial e incluso de la vida cotidiana.


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PRACTICA LABORATORIO Nº 2

OBJETIVOS

1. Conocer el funcionamiento de diferentes puentes de medición y sus aplicaciones.

2. Implementar diferentes puentes de medición, y conocer sus características prácticas.

3. Analizar las desviaciones de los resultados de las mediciones.

4. Se pretende que estemos en capacidad de analizar cualitativa y cuantitativamente los procesos de medición, entender, interpretar y corregir las diferentes fuentes de error en las mediciones.

MATERIAL REQUERIDO

2- FUENTE DE PODER

3- PROTOBOARD

4- RESISTENCIAS VARIAS

5- MULTIMETRO DIGITAL


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MARCO TEÓRICO

Puente de Wheatstone

El puente Wheatstone es un circuito que se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias. Este está constituido por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.

En la Figura vemos que, Rx es la resistencia cuyo valor queremos determinar, R1, R2 y R3 son resistencias de valores conocidos, además la resistencia R2 es ajustable. Si la relación de las dos resistencias del brazo conocido (R1/R2) es igual a la relación de las dos del brazo desconocido (Rx/R3), el voltaje entre los dos puntos medios será nulo y por tanto no circulará corriente alguna entre esos dos puntos C y B.

Para efectuar la medida lo que se hace es variar la resistencia R2 hasta alcanzar el punto de equilibrio. La detección de corriente nula se puede hacer con gran precisión mediante el voltímetro V.

La dirección de la corriente, en caso de desequilibrio, indica si R2 es demasiado alta o demasiado baja. El valor de la F.E.M. (E) del generador es indiferente y no afecta a la medida.

Cuando el puente está construido de forma que R3 es igual a R2, Rx es igual a R1 en condición de equilibrio. (Corriente nula por el galvanómetro).

Asimismo, en condición de equilibrio siempre se cumple que: RX = (R1*R3)/R2

Si los valores de R1, R2 y R3 se conocen con mucha precisión, el valor de Rx puede ser determinado igualmente con precisión. Pequeños cambios en el valor de Rx romperán el equilibrio y serán claramente detectados por la indicación del galvanómetro.

De forma alternativa, si los valores de R1, R2 y R3 son conocidos y R2 no es ajustable, la corriente que fluye a través del galvanómetro puede ser utilizada para calcular el valor de Rx siendo este procedimiento más rápido que el ajustar a cero la corriente a través del medidor.


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Puente de Kelvin

Es una modificación del puente de Wheatstone que utiliza como elementos de comparación resistencias muy pequeñas. Como se muestra en la figura, este puente presenta un para adicional R3R4 que guardan la misma relación que R1 y R2. Donde R5 y R6 son las resistencias de pequeño valor que se utilizan como elementos de comparación y R7 es la resistencia desconocida.

En la condición de equilibrio se cumple lo siguiente:

R5 = R6*(R1/R2)

Puente de Maxwell

Es una red en puente de CA en la que una rama está compuesta de una inductancia y una resistencia en serie; la opuesta, de un condensador y una resistencia en paralelo; y las otras dos ramas, de resistencias.

El puente se ilustra en la figura, y se usa para la medida de inductancias (en función de un condensador conocido) o capacidades (en función de una inductancia conocida), siendo la relación de equilibrio:

L/C = R2R4 = R1R3


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Puente de Hay

Es un circuito puente que se utiliza generalmente para la medida de inductancias en términos de capacitancia, resistencia y frecuencia. Se diferencia del puente de Maxwell en que el condensador se dispone en serie con su resistencia asociada, como se indica en la figura.

Las condiciones de equilibrio son: L = R2R3 (C/1+ɯ²C²R4²) R1 = R2R3 (ɯ²C²R4/1+ɯ²C²R4²) Puente de Schering El puente de Schering se utiliza para la medición de capacitores, siendo de suma utilidad para la medición de algunas de las propiedades de aislamiento (tgd), con ángulos de fase muy cercanos a 90°. En la figura, se muestra el circuito típico del puente Schering, nótese que la rama patrón (rama3) solo contiene un capacitor. Por lo general, el capacitor patrón es de mica de alta calidad para las mediciones generales de capacidad, o puede ser de un capacitor de aire para mediciones de aislamiento. Puesto que el capacitor patrón está en la rama 3, las sumas de los ángulos de fase de las ramas 2 y 3 será 0° + 90° = 90°, para cumplir con la ecuación de equilibrio, se necesita que los ángulos de fase de las ramas 1 y 4 sea de 90°. La conexión en paralelo del capacitor C1 con el resistor R1 proporciona a la rama 1 un ángulo de fase pequeño, ya que en general la medición desconocida Zx posee un ángulo de fase menor de 90°. Planteando la ecuación general de equilibrio de los puentes de CA: Z1Z4 = Z2Z3


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REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA

1. Diseñar e implementar Puente de Wheatstone; realice la medición de resistencias de 100Ω, 1KΩ, 10KΩ, 100KΩ; compare los resultados de la medición con el valor obtenido al medirse con multímetro digital y con el código de colores, analice las principales fuente de error en la medición.

MEDICIÓN PARA RX 100Ω La realización de esta medición fue por medio del Puente de Wheatstone elaborado con el software LiveWire Professional Edition, uso de milímetro digital y el software Electronic Assistant.

Puente de Wheatstone con LiveWire.

푹푿 =퐑ퟐ.퐑ퟑ퐑ퟏ

Donde R2=R2 R3=VR1 R1=VR2

Resultados obtenidos. RX = 100Ω para Puente de Wheatstone con LiveWire. RX = 100Ω para Código de colores con Electronic Assistant. RX = 95.2Ω para Multímetro Digital. RX = 92.7Ω para Multímetro Digital.


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Código de colores de RX 100Ω con Electronic Assistant.

Datos obtenidos para RX 100Ω con Multímetro Digital.

Errores de medición.

Como se utilizo software, este proporciona datos muy exactos pues no hay factores que afecten o alteren la medición como temperatura, estática y demás; la única causa de error de medición en este caso sería la de la propia resistencia al ser medida por el multímetro digital.


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MEDICIÓN PARA RX 1KΩ La realización de esta medición fue por medio del Puente de Wheatstone elaborado con el software LiveWire Professional Edition, uso de milímetro digital y el software Electronic Assistant. Puente de Wheatstone con LiveWire.



Resultados obtenidos. RX = 1KΩ para Puente de Wheatstone con LiveWire. RX = 1KΩ para Código de colores con Electronic Assistant. RX = 1KΩ para Multímetro Digital. RX = 0.99KΩ para Multímetro Digital.


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Código de colores de RX 1KΩ con Electronic Assistant.

Datos obtenidos para RX 1KΩ con Multímetro Digital.




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Resultados obtenidos. RX = 10KΩ para Puente de Wheatstone con LiveWire. RX = 10KΩ para Código de colores con Electronic Assistant. RX = 9.87KΩ para Multímetro Digital. RX = 9.86KΩ para Multímetro Digital.


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Resultados obtenidos. RX = 100KΩ para Puente de Wheatstone con LiveWire. RX = 100KΩ para Código de colores con Electronic Assistant. RX = 99.1KΩ para Multímetro Digital. RX = 99.9KΩ para Multímetro Digital.


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2. Diseñar e implementar Puente de Kelvin; realice la medición de resistencias de pequeño valor (inferior a 10Ω); compare los resultados de la medición con el valor obtenido al medirse con multímetro digital y con el código de colores, analice las principales fuentes de error en la medición.

MEDICIÓN PARA R1 1Ω

La realización de esta medición fue por medio del Puente de Kelvin elaborado con el software LiveWire Professional Edition y el software Electronic Assistant.

Puente de Kelvin con LiveWire

푹풙 =퐑ퟏ퐑ퟐ

퐑ퟑ

Donde: RX=R1 R1=VR3, VR5 R2=VR4, VR6 R3=R2

Resultados obtenidos. R1 = 1Ω para Puente de Kelvin con LiveWire. R1= 1Ω para Código de colores con Electronic Assistant.


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Código de colores de R1 1Ω con Electronic Assistant.

Errores de medición. Como se utilizo software, este proporciona datos muy exactos pues no hay factores que afecten o alteren la medición como temperatura, estática y demás.

MEDICIÓN PARA R1 5Ω

La realización de esta medición fue por medio del Puente de Kelvin elaborado con el software LiveWire Professional Edition y el software Electronic Assistant.

Puente de Kelvin con LiveWire


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푹풙 =퐑ퟏ퐑ퟐ

퐑ퟑ

Donde: RX=R1 R1=VR3, VR5 R2=VR4, VR6 R3=R2 Código de colores de R1 5Ω con Electronic Assistant.

Errores de medición. Como se utilizo software, este proporciona datos muy exactos pues no hay factores que afecten o alteren la medición como temperatura, estática y demás.

Resultados obtenidos. R1 = 5Ω para Puente de Kelvin con LiveWire. R1= 5Ω para Código de colores con Electronic Assistant.


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3. Diseñar e implementar Puente de Maxwell; realice la medición de resistencias de 2 inductancias que posean un Q de bajo valor (Q<10).

MEDICIÓN PARA Q La realización de esta medición fue por medio del Puente de Maxwell elaborado con el software LiveWire Professional Edition y el software Electronic Assistant.

Puente de Maxwell con LiveWire

Se cumple: RX = (R2R3)/R1 L1 = R2R3C1

RX = (10*20)/40 RX = 5K L1 = 10*20*20E⁻ ᶟ L1 = 4


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Puente de Maxwell con Proteus

Como se puede visualizar en el diseño electrónico, se está utilizando el 19% de R1 y el 50% de R3 que corresponderían a 1.9 푘ῼ y 10 푘ῼ respectivamente.

푹풙 =퐑ퟐ ∗ 퐑ퟑ퐑ퟏ

푹풙 =ퟓ퐤ῼ ∗ ퟏퟎ퐤ῼퟏ.ퟗ퐤ῼ

Se cumple:

Rx = 26.3k ῼ


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4. Diseñar e implementar Puente Hay; realice la medición de resistencias de 2 inductancias que posean un Q de valor alto; (Q mayor de 10).

Puente de Hay con Proteus


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5. Diseñar e implementar un Puente de Schering; realice la medición de 3 condensadores, compare su valor con el valor nominal y analice las fuentes de error en la medición. Puente de Schering con LiveWire

Se cumple: RX = R2 (C1/C3)

RX = 20 (20/40)

RX = 10

CX = C3 (R1/R2)

CX = 40 (10/20)

CX = 20


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No se cumple ninguna condición.


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CONCLUSIONES

Todo lo visto en el modulo como parte teórica del trabajo colaborativo se logro poner en práctica mediante las simulación realizada y los cálculos efectuados.

Antes de realizar las practicas y aparte de lo estudiado en el modulo, se profundizo a cerca de los temas que se trataron en el trabajo colaborativo. Logrando de este modo ampliar nuestros conocimientos y aclarar dudas al respecto.

Los instrumentos para medir el equilibrio del puente son el voltímetro y el osciloscopio. En este caso se utilizo el voltímetro, aunque en los documentos que se investigaron dice que el más apropiado es el osciloscopio por tener mayor sensibilidad lo que permite discriminar en forma más eficiente el punto de equilibrio.

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BIBLIOGRAFIA

Modulo de instrumentación y medición. Malvino _ Principios de Electrónica. Curso Práctico de Electrónica _ CEKIT.

CIBERGRAFIA

http://www.unicrom.com/Tut_puente_wheatestone.asp http://www.frm.utn.edu.ar/medidase1/practicos/puentes_corriente_alterna.p

df http://conalep.gatica.mx/El%20puente%20Wheatstone%20y%20Anderson.pdf

RECURSOS

Software LiveWire. Software Electronic Assistant. Software Proteus.

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