uso de equipos de laboratorio e instrumentos de medida
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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.
E
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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
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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
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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
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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.