uso de equipos de laboratorio e instrumentos de medida

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Universidad Nacional de Colombia. Castillo, Villegas. Equipos de laboratorio e intrumentos ResumenEn esta práctica debemos tener en cuenta algunos conceptos y recomendaciones de los implementos que utilizaremos en el laboratorio; ya que antes de entrar de lleno en la manipulación de dichos equipos en necesario saber cómo funcionan; este pre informe además presenta los conceptos, mediciones e hipótesis necesarias para realizar el primer laboratorio de circuitos eléctricos II. Palabras clavesValor RMS, Valo pico a pico, frecuencia, tolerancia, presicion, exactitud. I. INTRODUCCIÓN L presente documento, constituye la base teórica y los análisis previos a la realización de la práctica Nº 1, mediante la cual trabajaremos con los instrumentos de medición que utilizaremos a lo largo del curso, reconociendo así, diferencias entre la teoría y la práctica, consecuencias de las especificaciones de los equipos y otros factores, que inciden en la medición. II. OBJETIVOS Manejar adecuadamente los elementos de laboratorio, mediante el conocimiento de sus escalas, conociendo sus limitantes para algunas mediciones, debido a las características de los equipos. Conocer las normas básicas de seguridad en el laboratorio. Reforzar conceptos básicos de circuitos eléctricos, como valor pico, RMS, forma de onda, entre otros. HIPOTESIS Y CUESTIONAMIENTOS A. ¿Qué tanto varía el valor de resistencia medido experimentalmente con respecto al mencionado por el fabricante? ¿Se encuentra dentro de la tolerancia? Los valores de las resistencias están identificados por un código de colores y pueden variar su valor teórico del experimental de acuerdo al rango de tolerancia, y es precisamente esta tolerancia la que contiene el valor experimental que muestra la resistencia. B. ¿Qué diferencia existe entre los valores de tensión y corriente medidos con un osciloscopio, un multímetro y la teoría? Al trabajar con el osciloscopio y el multímetro se puede tener la seguridad de contar con datos precisos, sin embargo la forma en la que el osciloscopio enseña la información deja a criterio del experimentador determinar el valor numérico, por lo tanto existe un rango de error respecto a la medida real, mientras que con el multímetro se muestra una medida más precisa, en cuanto a los datos esperados por la teoría es posible que hayan variaciones C. ¿Qué limitaciones tienen los equipos en cuanto a formas de onda y frecuencia en la práctica? ¿Concuerda con el fabricante? El generador de ondas que usaremos en el laboratorio es de referencia GW instek GFG-8215A, y de acuerdo al datasheet de este equipo , su rango para frecuencias es de 0.3Hz~3MHz, por lo que si intentamos medir en frecuencias fuera de este rango, las mediciones pueden ser erróneas, pues son frecuencias o muy bajas o muy altas [2] D. ¿Qué valor arroja el multímetro cuando mide una señal AC+DC? Debería medir el valor RMS de la señal, teniendo en cuenta que el componente DC la desplaza en el eje y si la observamos en el osciloscopio E. ¿Qué valor arroja el multímetro cuando mide una señal triangular? El multímetro debe arrojar el valor RMS, siempre y cuando contemos con que el multímetro sea TRUE RMS, pues de lo contrario, el valor que arroja solo es el verdadero, si la señal es senoidal pura y tiene una frecuencia de 60Hz. [3] F. Teniendo en cuenta las tolerancias de los elementos ¿Cuál puede ser el error esperado en las mediciones? El error debe ser muy pequeño, considerando el rango de exactitud de los elementos dados por el fabricante: Generador: ±5% + 1Hz; Multímetro: AC 1.0%, DC 0.09%. G. ¿Qué diferencia existe al medir con un canal y con los Uso de equipos de laboratorio e instrumentos de medida Castillo, Juan 222907 Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. Circutios Eléctricos II. Grupo6. [email protected] E

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Page 1: Uso de Equipos de Laboratorio e Instrumentos de Medida

Universidad Nacional de Colombia. Castillo, Villegas. Equipos de laboratorio e intrumentos

Resumen—En esta práctica debemos tener en cuenta

algunos conceptos y recomendaciones de los implementos

que utilizaremos en el laboratorio; ya que antes de entrar de

lleno en la manipulación de dichos equipos en necesario

saber cómo funcionan; este pre informe además presenta los

conceptos, mediciones e hipótesis necesarias para realizar el

primer laboratorio de circuitos eléctricos II.

Palabras claves— Valor RMS, Valo pico a pico, frecuencia,

tolerancia, presicion, exactitud.

I. INTRODUCCIÓN

L presente documento, constituye la base teórica y los

análisis previos a la realización de la práctica Nº 1,

mediante la cual trabajaremos con los instrumentos de

medición que utilizaremos a lo largo del curso, reconociendo

así, diferencias entre la teoría y la práctica, consecuencias de

las especificaciones de los equipos y otros factores, que

inciden en la medición.

II. OBJETIVOS

Manejar adecuadamente los elementos de laboratorio,

mediante el conocimiento de sus escalas, conociendo

sus limitantes para algunas mediciones, debido a las

características de los equipos.

Conocer las normas básicas de seguridad en el

laboratorio.

Reforzar conceptos básicos de circuitos eléctricos,

como valor pico, RMS, forma de onda, entre otros.

HIPOTESIS Y CUESTIONAMIENTOS

A. ¿Qué tanto varía el valor de resistencia medido

experimentalmente con respecto al mencionado por el

fabricante? ¿Se encuentra dentro de la tolerancia?

Los valores de las resistencias están identificados por un

código de colores y pueden variar su valor teórico del

experimental de acuerdo al rango de tolerancia, y es

precisamente esta tolerancia la que contiene el valor

experimental que muestra la resistencia.

B. ¿Qué diferencia existe entre los valores de tensión y

corriente medidos con un osciloscopio, un multímetro y la

teoría?

Al trabajar con el osciloscopio y el multímetro se puede

tener la seguridad de contar con datos precisos, sin embargo la

forma en la que el osciloscopio enseña la información deja a

criterio del experimentador determinar el valor numérico, por

lo tanto existe un rango de error respecto a la medida real,

mientras que con el multímetro se muestra una medida más

precisa, en cuanto a los datos esperados por la teoría es posible

que hayan variaciones

C. ¿Qué limitaciones tienen los equipos en cuanto a formas

de onda y frecuencia en la práctica? ¿Concuerda con el

fabricante?

El generador de ondas que usaremos en el laboratorio es

de referencia GW instek GFG-8215A, y de acuerdo al

datasheet de este equipo , su rango para frecuencias es de

0.3Hz~3MHz, por lo que si intentamos medir en frecuencias

fuera de este rango, las mediciones pueden ser erróneas, pues

son frecuencias o muy bajas o muy altas [2]

D. ¿Qué valor arroja el multímetro cuando mide una señal

AC+DC?

Debería medir el valor RMS de la señal, teniendo en

cuenta que el componente DC la desplaza en el eje y si la

observamos en el osciloscopio

E. ¿Qué valor arroja el multímetro cuando mide una señal

triangular?

El multímetro debe arrojar el valor RMS, siempre y

cuando contemos con que el multímetro sea TRUE RMS, pues

de lo contrario, el valor que arroja solo es el verdadero, si la

señal es senoidal pura y tiene una frecuencia de 60Hz. [3]

F. Teniendo en cuenta las tolerancias de los elementos

¿Cuál puede ser el error esperado en las mediciones?

El error debe ser muy pequeño, considerando el rango de

exactitud de los elementos dados por el fabricante: Generador:

±5% + 1Hz; Multímetro: AC 1.0%, DC 0.09%.

G. ¿Qué diferencia existe al medir con un canal y con los

Uso de equipos de laboratorio e instrumentos de

medida Castillo, Juan 222907

Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.

Circutios Eléctricos II. Grupo6.

[email protected]

E

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Universidad Nacional de Colombia. Castillo, Villegas. Equipos de laboratorio e intrumentos

dos canales del osciloscopio al mismo tiempo?

Esperamos que los valores obtenidos al emplear uno o dos

canales en el osciloscopio no varíen mucho, debido a que

dicho elemento está diseñado para ser efectivo en ese tipo de

casos. Lo que si debemos tener en cuenta, es que los canales

comparten la tierra, por lo que al momento de realizar

mediciones de resistencia, por ejemplo, debemos separar las

tierras de los canales; lo que comúnmente en la práctica se

hace, es utilizar un 3 a 2,que es un dispositivo que anula la

tierra del osciloscopio.

H. Usando el dato de exactitud del multímetro, ¿Cuál es la

incertidumbre de cada una de las medidas tomadas?

La incertidumbre de la medida obtenida con el multímetro

digital, es la mitad del valor mínimo que registra este

instrumento. Así que se espera que el resultado real se

encuentre en este rango.

III. MONTAJES A REALIZADOS

Para la practica se realizaron las mediciones de las 4

resistencias con el multimetro a diferentes escalas cuyos

resultados se podran ver en la Tabla 1. Luego se montó en

Protoboard un circuito equivalente al de la figura 1, donde lo

unico que variaba era la fuente. Para esta práctica se usaron

los siguientes materiales:

1 Osciloscopio de 2 canales

1 Generador de señales

1 Multímetro

3 Sondas

1 Fuente D.C.

Conectores Caiman-Caiman

Resistencias según diseño

Fig. 1. Circuito base para la práctica

A continuacion se muestran las calculos y las simulaciones

de circuito diseñado.

A. Circuito con fuente DC

Primero se implementara el circuito mostrado en la figura 2,

teniendo en cuenta los siguientes valores escojidos de

resistencias con su respectica tolerancia:

5,1 kΩ ± 5%

220 Ω ± %

1 kΩ ± 5%

3,3 kΩ ± 5%

330 Ω ± 5%

Luego se calcularon teoricamente las tensiones y corrientes

usando la tecnica de analisis de mallas.

(1)

(2)

Las ecuaciones (1) y (2) corresponden a la malla 1 y 2

respectivamente de la fig. 2 y usando cualquier tecnica de

solucion de problemas de 2 x 2 se puede conocer que:

Se comprobo este resultado a traves del uso de Pspice

Fig. 2. Circuito con fuente DC

En la tabla 2 se muestran los valores calculados

teoricamente, los cuales se obtuvieron analizando el circuitos

por medio de mallas. TABLAII

VALORES OBTENIDO TEORICAMENTE CON FUENTE DC

B. Circuito con generador de señales con onda seno a

baja frecuencia

Para el circuito de la figura 2, tomamos como parametros

de frecuencia, amplitud y los que se observan es esa grafica.

Elementos Resistencia KΩ Corriente mA Tension V Potencia W

Fuente 10V 1,663 -10 -0,01663

R1 5,1 1,663 8,4813 0,014104402

R2 3,3 0,4183 1,38039 0,000577417

R3 0,33 0,4183 0,138039 5,77417E-05

R4 0,22 1,2447 0,273834 0,000340841

R5 1 1,2447 1,2447 0,001549278

VALOR TEORICO

Page 3: Uso de Equipos de Laboratorio e Instrumentos de Medida

Universidad Nacional de Colombia. Castillo, Villegas. Equipos de laboratorio e intrumentos

Fig. 2. Circuito con generador de señales con onda seno a baja frecuencia

Fig. 3. Simulacion con generador de señales con onda seno a baja

frecuencia

C. Circuito con generador de señales con onda seno a alta

frecuencia

Fig. 4. Circuito con generador de señales con onda seno a alta frecuencia

Fig. 5.Simulacion con generador de señales de onda triangular

D. Circuito con generador de señales con onda seno mas

componente DC

Fig. 6. Circuito con generador de señales de onda seno mas componente

DC

Fig. 7. Simulacion con generador de señales de onda seno mas componente

DC

E. Circuito con generador de señales con onda

triangular

Fig. 8. Circuito con generador de señales de onda triangular

Page 4: Uso de Equipos de Laboratorio e Instrumentos de Medida

Universidad Nacional de Colombia. Castillo, Villegas. Equipos de laboratorio e intrumentos

Fig. 9. Circuito con generador de señales de onda triangular

En las tablas 4 y 5 se llevara el registro de los datos

obtenidos en la practica.

TABLA IV

VALORES OBTENIDOS DE LA SIMULACION PARA LAS DISTINTAS

FUENTES

TABLA V

REGISTRO DE LOS DATOS PARA LAS DISTINTAS FUENTES

IV. MATERIALES E INSTRUMENTOS

Para la práctica que se va llevar a cabo se utilizaran los

siguientes elementos:

1 Osciloscopio de 2 canales

1 Generador de señales

1 Multímetro

3 Sondas

1 Fuente D.C.

Conectores Caiman-Caiman

Resistencias según diseño

V. BIBLIOGRAFÍA

[1] Dorf, Svoboda. “Circuitos eléctricos: Introducción al

análisis y diseño”. Alfaomega. 3ra edición.

[2] Datasheet generador de señales. [En línea].

Disponible en: http://www.atequip.com/pdfs/GFG-

8216A8215A[1].pdf Consultado 26 de Febrero de

2012.

[3] Datasheet Multímetro Fluke. [En línea].Disponible

en: http://assets.fluke.com/datasheets/2155a.pdf

Consultado 26 de Febrero de 2012.

[4] PSpice Student. OrCAD Capture .

[5] Universidad de Antioquia. Laboratorio de Circuitos I.

[En línea]. Disponible en:

http://docencia.udea.edu.co/ingenieria/labcircuitosI/D

ocumentos/Informacion%20basica%20VRMS%20pi

co%20y%20medio%20para.pdf. Consultado el 27 de

Febrero de 2012.

ANEXOS

RESUMEN: GUÍAS DE SEGURIDAD PARA EL TRABAJO EN EL

LABORATORIO

El documento pretende dar a conocer de forma clara las

precauciones que se deben tomar al trabajar con electricidad.

Con el fin de llevar una secuencia que nos permita trabajar de

forma segura, podemos distinguir tres momentos:

A. Antes

Para asegurarnos que todo esté en orden y minimizar el riesgo

de sufrir un accidente, podemos seguir unos pasos antes de

energizar el circuito:

Comprobar que los equipos sean los adecuados para la

práctica a realizar y el buen estado de los mismos.

Comprobar los circuitos montados, componente a

componente, de acuerdo a las especificaciones e

indicaciones de la práctica.

Comprobar las conexiones, es decir, verificar su buen

estado y su correcta ubicación.

Comprobar el correcto funcionamiento de puesta a tierra.

B. Durante

Luego de haber verificado lo anterior, mientras estemos

manipulando circuitos o estemos desarrollando la práctica

correspondiente, es necesario que se generen unas ciertas

condiciones que nos permitirán trabajar con una mayor

seguridad:

Manipular equipos correctamente, es decir desde las

asas diseñadas para tal fin y no desde cables, que pueden

generar riesgo.

Elemento Frecuencia HzTension pico

a pico VValor RMS (V)

Generador onda

seno0,3 20 7,070

Generador onda

seno2000000 20 7,066

Generador onda

seno + componente

DC

60 20 7,464

Generador señal

triangular60 20 5,757

VALOR TEORICO

Elemento Frecuencia HzTension pico

a pico VValor RMS (V)

Generador onda

seno

Generador onda

seno

Generador onda

seno + componente

DC

Generador señal

triangular

VALOR MEDIDO

Page 5: Uso de Equipos de Laboratorio e Instrumentos de Medida

Universidad Nacional de Colombia. Castillo, Villegas. Equipos de laboratorio e intrumentos

Trabajar con ropa cómoda pero que cubra la mayor parte

del cuerpo y que no genere riesgo de ningún tipo durante

la práctica, así mismo, con las manos secas.

NO utilizar elementos metálicos, ya sea como

implementos de trabajo (esferos, reglas, etc.), o como

parte de nuestra vestimenta (anillos, pulseras, entre

otros).

NO manipular elementos o retirar cubiertas o

protecciones mientras los circuitos estén energizados.

Si estamos trabajando con grandes cantidades de energía

(>50v), contar con una persona a nuestro lado que nos

pueda ayudar en caso de accidente.

Estar atento a cualquier señal que indique mal

funcionamiento

C. Después

Luego de haber realizado las prácticas, debemos garantizar

que nuestro trabajo termine correctamente y que las personas

que usarán los equipos después de nosotros reciban los

equipos en buenas condiciones de seguridad:

Desconectar completamente el circuito, antes de remover

o manipular piezas que pueden estar energizadas

Esperar un tiempo prudente a que los elementos

almacenadores de energía se descarguen por completo

Comprobar que los implementos continúen en buen

estado y no hayan sufrido daños durante nuestras

prácticas

Comunicar si algún daño ha ocurrido o algún equipo se

encuentra en condiciones no seguras.