DEPARTAMENTO INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELETRÓNICA FACULTAD DE INGENIERIA UNIVERSIDAD DEL BÍO BIO

LABORATORIO DE

MEDICIONES ELÉCTRICAS 410128

PREINFORME LABORATORIO Nº 01

Mediciones de voltaje en circuitos eléctricos y electrónicos

Integrantes Roberto Sierra Vera Francisco Esper Rehren Johnny Burgos Semper Docente Nathalie Risso S Fecha 16\04\2010

1

ÍNDICE

Objetivos 2 I Conocimientos Previos 3 II Desarrollo 8 2.1 Metodología 8 2.2 Obtención de valores Teóricos 9 A Referencias Bibliográficas 13 B Listado de Materiales 14

2

OBJETIVOS

Los objetivos del laboratorio a realizar son los siguientes: - Conocer componentes y elementos pasivos utilizados en circuitos (R,L,C) - Conocer y comprender el funcionamiento básico de instrumentos

análogos y digitales. - Identificar características técnicas de un de los voltímetros y estudiar

limitaciones de su uso. - Comprender el efecto de la carga en las mediciones.

3

I. CONOCIMIENTOS PREVIOS

Para la realización de este laboratorio es necesario tener presentes los siguientes conceptos:

Corriente continúa: “Es el flujo continuo de electrones a través de un conductor

entre dos puntos de distinto potencial. En la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad” [1] .

Corriente Alterna: “La corriente alterna se produce con una fuente de fuerza

electromagnética de voltaje cuya polaridad cambia o se alterna con el tiempo. Es decir, las cargas en las terminales positivas y negativas cambian con el tiempo. Esto causa que la corriente en un circuito fluya en un sentido y posteriormente en otro. Además de cambiar de dirección, casi todos los tipos de corrientes alternas cambian con el tiempo. Por ejemplo, la variación de la corriente con el tiempo puede seguir la forma

de una onda seno, y entonces se le denomina onda senoidal” [2] . Corriente Pulsatoria:” Tipo de corriente continua en la que la mitad de la señal

original de corriente alterna está bloqueada, de manera que los picos de la señal de la

corriente continua van de cero al máximo, y vuelven a cero” [3] .

Las mediciones a realizar se llevaran a cabo sobre el circuito de la figura Nº01:

Figura Nº 01: Circuito resistivo

Calculo resistencia interna voltímetro:

[ ] [ ]10 5000 50000Rango Sensibilidad VV

Ω = = Ω

i i

1

2

Sensibilidad = 5000[ ]VΩ

Rango = 10[ ]V

R1 = R2 = 20[ ]KΩ

4

La incidencia que tiene esta resistencia en el circuito es que si se emplea un voltímetro de baja sensibilidad (esto es que el valor de la resistencia interna es muy parecida a la resistencia del trayecto a través del cual queremos medir el voltaje) para medir el voltaje a través de una gran resistencia, el medidor se comportara como una resistencia en paralelo y reducirá la resistencia equivalente de la rama, el resultado será una medición poco confiable. Esta perturbación que provoca el voltímetro se llama efecto de carga Calculo

12R :

[ ] [ ] [ ]12 2 i

1 1 1 1 1 7

20 50 100K K KR R R= + = + =

Ω Ω Ω

[ ]1214285.7R = Ω

Calculo

TotalR :

[ ] [ ] [ ]1 12

20000 14285.7 34285.7TotalR R R= + = Ω + Ω = Ω

Calculo de voltaje de circuito:

[ ] [ ][ ] [ ] [ ]

2

1 2

10 205

20 20

S

Total

V KV

K K

VV R

R R

Ω= = =

+ Ω + Ωi

i

Calculo 12V :

[ ] [ ][ ] [ ]12

12

14285.710 4.16

34285.7S

Total

V VRV V

R

Ω= = =

Ωi i

Calculo del error porcentual en

1R :

12 5 4.16% 100 100 16.67 %

5

Total

total

Error V VV

− −= = =i i

5

Calculo de los valores efectivos y medios de las siguientes funciones Función Seno: Calculando el valor efectivo de la señal se tiene:

2

0

1( )

T

RMSV f t dtT

= ∫

2

0

1 2( )

T

RMS MaxV V sen t dtT T

π = ⋅ ∫

2

mRMS

VV =

Calculando el valor medio de la señal se tiene:

0

1( )

T

medioV f t dtT

= ∫

0

1 2( )

T

medio MaxV V sen t dtT T

π= ⋅∫

0medioV =

Función cuadrada: Calculando el valor efectivo de la señal se tiene:

2

0

1( )

T

RMSV f t dtT

= ∫

2/22

0 /2

1 1T T

RMS Max MaxT

V V dt V dtT T

= +∫ ∫

6

RMS MaxV V=

Calculando el valor medio se la señal se tiene:

0

1( )

T

medioV f t dtT

= ∫

/2

0 /2

1 1T T

medio Max MaxT

V V dt V dtT T

= + −∫ ∫

0medioV =

Función Triangular: Calculando el valor efectivo de la señal se tiene:

2

0

1( )

T

RMSV f t dtT

= ∫

2 2 2/4 3 /4

0 /4 3 /4

4 4 41 1 12 4

T T TMax Max Max

RMST T

V V VV t dt t V dt t V dt

T T T T T T

= + − + + −

∫ ∫ ∫

3

MaxRMS

VV =

7

Calculando el valor medio de la señal se tiene:

0

1( )

T

medioV f t dtT

= ∫

/ 4 3 / 4

0 / 4 3 / 4

4 4 41 1 12 4

T T TMax Max Max

medioT T

V V VV t dt t V dt t V dt

T T T T T T

= + − + + −

∫ ∫ ∫

0medioV =

Tabla comparativa entre modelos Digitales y Analógicos. INSTRUMENTOS ANALOGICOS INSTRUMENTOS DIGITALES Las condiciones externas pueden afectar el resultado (ej: temperatura, gravedad, etc.).

La medición no se ve alterada l por los factores externos.

La medición es más exacta.

La medición solo se aproxima al valor real.

En casos el usuario debe decidir le valor que va a utilizar, cuando la aguja queda en una posición insegura

Los valores son iguales para todo usuario.

Capacidad de leer infinitos valores. Capacidad de leer valores entre los rangos preestablecidos.

Trabaja con campo magnético el cual mueve la aguja que muestra el valor real.

Tiene mayor resistencia frente a golpes físicos

Son de menor costo Algunos son muy caros

8

DESARROLLO

2.1 Metodología Para llevar a cabo la experiencia realizaremos el siguiente procedimiento: 1°. Armaremos el circuito en Project Board. 2°. Mediremos los errores de medición. 3°. Determinaremos los errores de medición.

Figura N º 02: Circuito resistivo 1

4° En el circuito Fig. n °02 cambiaremos la fuente de CC por una alterna de 8 Vrms y repetiremos las mediciones con los mismos instrumentos anteriores. Además determinaremos los errores de medición. 5° En el circuito de la Fig. n °03 Conectaremos simultáneamente los multímetros kyoritsu y fluke 79 III y obtendremos la respuesta a frecuencia, para 100Hz, 500Hz, 1kHz, 2kHz, 3kHz , 4kHz, 5kHz, 10kHz, 15kHz, 20kHz, 50kHz. También dibujaremos la respuesta de ambos instrumentos y diremos cual responde mejor a la variación de frecuencia.

Figura Nº03: circuito resistivo 2

1

2

V1= Voltímetro análogo V2= voltímetro digital V= Generador de funciones

[ ]100R K= Ω

[ ]1 33R K= Ω

[ ]2 100R K= Ω

9

6° En el circuito n °03 y a una frecuencia de 400Hz mediremos el voltaje del generador para una señal sinusoidal y otra cuadrada, con los multímetros Fluke 8020 A y Fluke 79 III. 7° En el generador de la Fig. n ° 03, sacáremos la resistencia de 100kOhm y a una frecuencia de 1 kHz mediremos el voltaje de salida, en vació. Después colocaremos una resistencia de 330 Ohm a la salida del generador y volveremos a medir el voltaje. Utilizaremos el multímetro fluke 79 III en las dos mediciones. 2.2 Obtención de valores teóricos

Los valores esperados en forma teórica del comportamiento del circuito de la Figura Nº02 se obtienen de lo siguiente:

Circuito Resistivo 2:

1 2R RV V V= +

1 2V R I R I= +i i

1 2Total

VI

R R=

+

De donde los valores teóricos esperados son los mostrados a continuación:

Tabla 1: Valores Esperados Circuito Resistivo 1

Elemento Voltaje [ ]RMSV

Corriente [ ]RMSA

Resistencia 1 2.48 75,18 [µA]

Resistencia 2 7.52 75,18 [µA]

10

Tabla 2: Valores a Medir en el circuito resistivo 1

Tabla 3: Valores Esperados Circuito Resistivo 1 con fuente alterna de 8 [ ]RMSV

Elemento Voltaje [ ]RMSV

Corriente [ ]RMSA

Resistencia 1 1.98 0.6 [µA]

Resistencia 2 6.01 0.6 [µA]

Tabla 4: Valores a Medir en el circuito resistivo 1 con fuente alterna de 8 [ ]RMSV

Tabla 5: Valores a Medir en el circuito resistivo 2

Multímetro 100 Hz

500 Hz

1 KHz

2 KHz

3 KHz

4 KHz

5 KHz

10 KHz

15 KHz

20 KHz

50 KHz

Kyoritsu 1200

Fluke 79 III

Kyoritsu modelo 1200 Fluke modelo 8020 A Fluke 79 III

Elemento Voltaje [ ]RMSV

Corriente [ ]RMSA

Voltaje [ ]RMSV

Corriente [ ]RMSA

Voltaje [ ]RMSV

Corriente [ ]RMSA

Resistencia 1 Resistencia 2

Kyoritsu modelo 1200 Fluke modelo 8020 A Fluke 79 III

Elemento Voltaje [ ]RMSV

Corriente [ ]RMSA

Voltaje [ ]RMSV

Corriente [ ]RMSA

Voltaje [ ]RMSV

Corriente [ ]RMSA

Resistencia 1 Resistencia 2

11

Tabla 6: Valores a Medir en el circuito resistivo 2

Multímetro Señal sinusoidal Señal cuadrada Fluke 8020 A Fluke 79 III

Figura Nº04: circuito resistivo 2

Tabla 7: Valores Esperados en el circuito resistivo 2

Multímetro Vació Conectando resistencia

de 330 [Ω]

Fluke 79 III 220 [ ]RMSV 220 [ ]RMSV

Tabla 8: Valores a Medir en el circuito resistivo 2

Multímetro Vació Conectando resistencia

de 330 [Ω]

Fluke 79 III

V1= Fluke 79 III V= Generador de funciones

[ ]330R = Ω

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] http://www.electricasas.com/diferencias-entre-corriente-continua-y-corriente-

alterna/ [2] Enciclopedia Master Siglo 21, Tomo de Fisica

[3] http://www.toolingu.com/definition-460350-34849-pulsating-dc.html

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A. LISTADO DE MATERIALES

INSTRUMENTO/ELEMENTO MARCA/ MODELO / CAPACIDAD Multímetro Kyoritsu 1200 Multímetro Fluke 8020 A Multímetro Fluke 79 III Resistencia 33 [KΩ] Resistencia 100[KΩ] Resistencia 330[Ω] Transformador 6[Vrms] Generador de funciones Proyect board Alicate de punta