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MM EEDDII CCII OONNEESS EELL EECCTTRRII CCAASS

1. OBJETIVOS 1.1. Conocer e interpretar la simbología de los instrumentos de medición de voltaje, corriente y

resistencia. 1.2. Conocer y aplicar las técnicas adecuadas para la medición de voltaje, corriente y resistencia. 1.3. Manejar adecuadamente los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas estudiados. 1.4. Determinar fuentes de error en las mediciones de voltaje, corriente y resistencia.

2. FUNDAMENTO TEORICO Instrumentos de medidas eléctricas. Hay diferentes métodos e instrumentos que se emplean para medir la corriente y el voltaje. Las mediciones de voltaje se efectúan con dispositivos tan variados como voltímetros electromecánicos, voltímetros digitales, osciloscopios y potenciómetros. Para medir intensidades de corriente se emplean los instrumentos llamados amperímetros. Algunos amperímetros funcionan sensando realmente la corriente, mientras que otros la determinan indirectamente a partir del voltaje, el campo magnético o el calor.

Los medidores que determinan el voltaje y/o corriente se pueden agrupar en dos clases generales: analógicos y digitales. Aquellos que emplean mecanismos electromecánicos para mostrar la cantidad que se está midiendo en una escala continua, pertenecen a la clase analógica (Fig.1). Los medidores digitales utilizan circuitos integrados en su construcción y muestran sobre una pantalla la cantidad medida en forma de dígitos (Fig.2).

Los instrumentos de medición de voltaje (tensión eléctrica), intensidad de corriente y resistencia eléctrica se disponen en un solo instrumento denominado multímetro o multitester, el cual mediante un selector se dispone como:

a) Voltímetro : instrumento para medir diferencias de potencial (tensión eléctrica, voltaje o

fuerza electromotriz) b) Amperímetro: instrumento para medir intensidades de corriente

0 0 0

2 10 50

4 20 100

6 30 150

8 40 200 10

50 250

0

10 20

25

50 100 200

500 1k

∞∞∞∞

0ΩΩΩΩADJ

1000 250 50

10 2.0

50µµµµA 2.5 2250 x1

x10 x1k

1000 25

51

DCV ACV

DCmA

ΩΩΩΩ

COM

Figura 1: Multímetro analógico Figura 2: Multímetro digital

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c) Ohmímetro: instrumento para medir la resistencia eléctrica

Un multímetro analógico consta básicamente de un galvanómetro D'Arsonval (Fig.3); instrumento de muy alta sensibilidad a la corriente, pues es capaz de detectar intensidades de corriente del orden de los microamperios. Consta de un imán permanente en cuyo entrehierro se encuentra un cilindro que sirve de núcleo a una bobina rectangular suspendida. Al circular la corriente en la bobina, se genera en ésta, un torque que hace girar a la bobina un ángulo θ proporcional a la intensidad de corriente Este movimiento es detectado por el haz de luz reflejado del espejo en el hilo de suspensión. En lugar del haz de luz sirve igualmente una aguja muy liviana fija a la bobina.

El multímetro digital basado íntegramente en la utilización de los circuitos integrados convierte la tensión o la intensidad de corriente, que son magnitudes continuas, en pulsos o señales eléctricas discretas (digitales) o bits y muestra el valor numérico de la magnitud que se mide en una pantalla.

(a) Amperímetro (b) Voltímetro (c) Ohmímetro

Figura 4. Conexiones para: (a) el amperímetro, (b) el voltímetro y (c) el ohmímetro

Amperímetro. El amperímetro debe conectarse como se indica en la Figura 4a. Esto es, en serie con la resistencia R si deseamos medir la intensidad de corriente que atraviesa dicha resistencia. Lo deseable es que la inserción del amperímetro en el circuito no perturbe la corriente, en consecuencia la resistencia propia o interna de un amperímetro ideal es cero. Los amperímetros reales siempre tienen algo de resistencia interna. La sensibilidad del amperímetro indica la corriente mínima necesaria para una desviación a plena escala. Los medidores de alta sensibilidad dan lecturas muy pequeñas a escala completa. Voltímetro. La conexión del voltímetro para medir la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia R está indicada en la Figura 4b. Un voltímetro es ideal cuando no perturba la corriente del circuito; esto sólo es posible cuando la resistencia propia del voltímetro es infinita. Los voltímetros reales trabajan tomando algo de corriente y perturbando al circuito hasta cierto grado. La sensibilidad de un voltímetro se puede especificar por el voltaje necesario para una deflexión a escala completa. Un voltímetro ideal tendría una relación ohm/volt infinita. Ohmímetro. La conexión de un ohmímetro se hace como en la Figura 4c. Durante su uso, el ohmímetro aplica a la resistencia en medición el voltaje de una batería interna. Y por tanto, los ohmímetros se deben emplear solo en circuitos que no contengan fuentes de tensión. Antes de realizar la medición debe asegurarse que la lectura del instrumento indique cero cuando se hace conexión entre sí las puntas del ohmímetro. En caso contrario corregir el defecto usando la perilla de ajuste del cero 0Ω ADJ.

0

hilo de suspensión

N S

láser

+

-

espejo

bobina

+

Figura 3: Galvanómetro D'Arsonval.

R

Ω

S

ε

R A

S

ε R

V

S

ε

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El Protoboard, o tableta experimental, es una herramienta que nos permite interconectar elementos electrónicos, ya sean resistencias, capacidades, semiconductores, etc, sin la necesidad de soldar las componentes.

El protoboard esta lleno de orificios metalizados -con contactos de presión- en los cuales se insertan las componentes del circuito a ensamblar. La Figura 5 muestra la forma básica de un protoboard, estando los protoboards más grandes compuestas de varias de estos.

Figura 5. El protoboard y sus cuatro secciones principales.

La tableta experimental esta dividida en cuatro secciones, y cada una de estas se encuentran separadas por un material aislante. Los puntos de cada sección están conectados entre si tal como lo muestra la Figura 5. Las secciones uno y cuatro están formadas por dos líneas o nodos. Estas son normalmente utilizadas para conectar la alimentación del circuito, y así energizarlo. Por otro lado en las secciones dos y tres se encuentran conectados cinco orificios verticalmente, formando pequeños nodos independientes unos de otros. Recuerde que la figura muestra como están conectados internamente los orificios, por lo que no es necesario rehacer estas conexiones.

3. RESUMEN ( ) ……………………………………………………………………………………….

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4. MATERIALES E INSTRUMENTOS ( )

Materiales Instrumentos Precisión

5. PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES ( )

5.1 Medición de Resistencias

a) Seleccionar las resistencias R1, R2, R3, R4, R5 y determine sus valores (valores nominales) según el código de colores que se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1: Código de colores

COLOR DIGITO Factor

multiplicador

Tolerancia Negro 0 1 Marrón 1 101 Rojo 2 102 Anaranjado 3 103 Amarillo 4 104 Verde 5 105 Azul 6 106 Violeta 7 107 Gris 8 108 Blanco 9 109 ORO 5% PLATA 10% SIN COLOR 20%

b) Anote en la Tabla 2, los valores (valores medidos) correspondientes para cada resistencia del ítem anterior utilizando el multitester (ohmímetro). Vea figura 6

Tabla 2: Valores medidos y nominales para las cinco resistencias a utilizar.

Resistencia Valor medido (Ω) Valor nominal (Ω)

R1 ± ±

R2 ± ±

R3 ± ±

R4 ± ±

R5 ± ±

MA

RR

ON

RO

JO

RO

JO

DO

RA

DO

1 2 ×102 5%

Ejemplo: Valor de una resistencia eléctrica R, según el código de colores

Valor de R: (1200 ± 60)Ω

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Figura 6. Método para medir la resistencia eléctrica

5.2 Medición de tensiones e intensidades de corriente

a) Arme el circuito de la Figura 7 en el protoboard y una vez asegurada su correcta instalación, active la fuente y regule la tensión a 5 V.

Figura 7: Red de resistencias.

b) Coloque el selector del multímetro en la posición DCV y elija el rango de la escala a utilizar.

Luego mida las tensiones en la fuente y en cada una de las 5 resistencias. Haga en cada caso la conexión que sugiere la Figura 4b. Anote sus resultados en la Tabla 3.

c) Coloque el selector del multímetro en la posición DC mA y mida la intensidad I que

corresponde a cada resistencia (en cada caso use la sugerencia de la Figura 4a). Escriba sus resultados en la Tabla 3

I ε + −

R1 R2

R3

R4 R5

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Tabla 3: Valores de voltaje e intensidad de corriente.

Componente Voltaje (V) Intensidad (mA)

R1 ± ±

R2 ± ±

R3 ± ±

R4 ± ±

R5 ± ±

Fuente ε ± ±

6. PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS ( ) 6.1 La teoría de circuitos permite afirmar que en la Figura 5 deben verificarse las siguientes

identidades: Primera identidad: V1 ≡ V2 Segunda identidad: V4 ≡ V5

Tercera identidad: ε ≡ V1 + V3 + V5

Verifique cada una de estas identidades, anotando la discrepancia (diferencia ∆) entre sus dos miembros y expresándolas luego en porcentaje (%).

Tabla 4: Verificación de las identidades para lo voltajes.

Identidad Primer miembro Segundo miembro Discrepancia ∆∆∆∆ Discrepancia en %

Primera V1 V2 (∆/V1)x100

Segunda V4 V5 (∆/V4)x100

Tercera ε V1+V3+V5 (∆/ε)x100

6.2 Señale dos factores determinantes de las discrepancias del item anterior

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6.3 En el circuito de la Figura 5 deben verificarse las siguientes identidades:

Primera identidad : I ≡ I1 + I2 Segunda identidad: I ≡ I4 + I5

Tercera identidad : I3 ≡ I

6.4 Verifique cada una de las identidades anteriores, anotando la discrepancia (diferencia ∆) entre sus

dos miembros y expresándolas luego en por ciento.

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Tabla 5: Verificación de las identidades para las intensidades de corriente.

Identidad Primer miembro Segundo miembro Discrepancia ∆∆∆∆ Discrepancia en %

Primera I I1 + I2 (∆/I )x100

Segunda I I4 + I5 (∆/I)x100

Tercera I3 I (∆/I3)x100

6.5 Señale dos factores determinantes de las discrepancias del item anterior

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7. RESULTADOS ( )

N Valores medidos de

Resistencias

Voltaje en cada resistencia

V (V)

Intensidad en cada resistencia

I (mA)

Para cada resistencia Cociente

V/I

1

2

3

4

5

8. CONCLUSIONES ( )

8.1 ¿Cómo afecta la resistencia propia del amperímetro y voltímetro en la medición de la intensidad y

voltajes?

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8.2. Determinar las fuentes de error en las mediciones de voltaje, corriente y resistencia.

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8.3.¿Cuál escala debe elegirse para medir un voltaje o corriente desconocidos? Comente sobre el error

producido al aumentar el valor máximo de la escala para un mismo valor de voltaje.

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9. BIBLIOGRAFÍA ( ) (Autor, titulo, editorial, N° de edición, ciudad, año, página)

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10. CALIDAD Y PUNTUALIDAD ( )