TRABAJO COLABORATIVO 1

HEIDY JOHANA CASTAÑEDA MORENO

COD.1049618854

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y ADISTANCIA “UNAD”

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA “ECBTI”

TUNJA

2011

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

1. Conocer funcionamiento del Galvanómetro de D’Arsonval.

2. Familiarizarse con el manejo, precaución y utilización del Amperímetro, el

Voltímetro y el Ohmetro.

3. Implementar un amperímetro, voltímetro y ohmiómetro empleando galvanómetro

de D’Arsonval.

4. Realizar todos los cálculos teóricos de los diseños del voltímetro, Amperímetro y

Ohmetro.

5. Aprender a utilizar las herramientas adicionales como son los programas para el

diseño y simulación de circuitos electrónicos cuando no se tiene un laboratorio.

PRACTICA UNO

MATERIAL REQUERIDO

1. Galvanómetro de d’arsonval

2. Fuente de poder

3. Protoboard

4. Resistencias varias

5. Multimetro digital

6. Proteus isis

7. Cable

PROCEDIEMIENTO

1. Diseñar e implementar un amperímetro de dc con derivación de Ayrton, para

escalas de corriente de 10 mA. 100 mA, 1A. Empleando el galvanómetro de

D’Arsonval.

2. Diseñe un voltímetro de cd multi rango empleando un galvanómetro de D’Arsonval

son escalas de medición de voltaje: 0 -10Vdc; 0 – 20Vdc; 0- 50Vdc.

3. Diseñe un ohmiómetro empleando galvanómetro de D’Arsonval, realice la

medición de resistencias de 1KΩ, 3.3KΩ, 6.8KΩ, 10KΩ resultados de la medición

con el valor obtenido al medirse con multímetro digital y con el código de colores.

SOLUCION PRACTICA UNO

MARCO TEÓRICO

GALVANÓMETRO DE D’ARSONVA

Galvanómetro es el principal componente utilizado en la construcción de amperímetros y voltímetros dada la característica esencial de un tipo común, conocido como galvanómetro de D’Arsonval el cual está compuesto por una bobina de alambre montada de modo que pueda girar libremente sobre un pivote en un campo magnético proporcionado por un imán permanente. La operación básica del galvanómetro aprovecha el hecho de que un momento de torsión actúa sobre una espira de corriente en presencia de un campo magnético.

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El momento de torsión experimentado por la bobina es proporcional a la corriente que

circula por ella. Esto significa que cuanto más grande es la corriente, tanto mayor es el

momento de torsión, así como el giro de la bobina antes de que el resorte se tense lo

suficiente para detener la rotación. Por tanto, la cantidad de inclinación o rotación de la

bobina es proporcional a la corriente. Después de que el instrumento se calibra de manera

apropiada, puede usarse junto con otros elementos de circuito para medir ya sea

corrientes o diferencias de potencial (voltaje). Algunos instrumentos de laboratorio que

1 Galvanómetro cead Tunja

emplean los movimientos de D' Arsonval pueden medir corrientes tan pequeñas como 1.0

X 10-13 A

FUNCIONAMIENTO

La operación de este dispositivo se basa en la interacción de una corriente eléctrica DC y

un campo magnético fijo. Los elementos básicos son:

Una bobina móvil, a través de la cual circula la corriente DC.

Un imán, que produce el campo magnético fijo.

Un resorte, cuya función es servir de mecanismo equilibrado de la rotación de la

bobina.

Una aguja indicadora sujeta a la bobina móvil y una escala graduada mediante las

cuales podemos realizar la lectura.

La bobina móvil se encuentra en el campo magnético fijo producido por el imán

permanente.

En términos generales podemos explicar el funcionamiento del galvanómetro de la

siguiente forma:

Al circular la corriente I a través de la bobina, se produce un campo magnético que

interacciona con el producido por el imán permanente, originando una fuerza F, la cual da

lugar a un torque que hace girar la bobina en un sentido determinado. El movimiento de

la bobina está compensado por el resorte. La constante de dicho resorte determina el

ángulo girado de la bobina para una corriente dada. Una vez definidas la magnitud del

campo magnético B, la constante del resorte y la disposición más adecuada de los

elementos, el ángulo que gira la bobina móvil (y por lo tanto la aguja indicadora) es

proporcional a la corriente I que circula por el galvanómetro.

Por consiguiente la desviación de la aguja es directamente proporcional a la corriente que

fluye en la bobina, siempre que el campo magnético sea uniforme y la tensión del resorte

es lineal. En ese caso, la escala del medidor también es lineal. La exactitud de los

movimientos de D' Arsonval que se emplean en los medidores comunes de laboratorio es

de aproximadamente el 1% de la lectura de la escala completa.

MULTIMETRO

Un multímetro, también denominado polímetro, tester o multitester, es un instrumento

eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y

potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas

pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada

una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es

la misma (con alguna variante añadida).

Es un aparato muy versátil, que se basa en la utilización de un instrumento de medida, un

galvanómetro muy sensible que se emplea para todas las determinaciones. Para poder

medir cada una de las magnitudes eléctricas, el galvanómetro se debe completar con un

determinado circuito eléctrico que dependerá también de dos características del

galvanómetro: la resistencia interna (Ri) y la inversa de la sensibilidad. Esta última es la

intensidad que, aplicada directamente a los bornes del galvanómetro, hace que la aguja

llegue al fondo de escala.

Además del galvanómetro, el polímetro consta de los siguientes elementos: La escala

múltiple por la que se desplaza una sola aguja permite leer los valores de las diferentes

magnitudes en los distintos márgenes de medida. Un conmutador permite cambiar la

función del polímetro para que actúe como medidor en todas sus versiones y márgenes de

medida. La misión del conmutador es seleccionar en cada caso el circuito interno que hay

que asociar al instrumento de medida para realizar cada medición. Dos o más bornas

eléctricas permiten conectar el polímetro a los circuitos o componentes exteriores cuyos

valores se pretenden medir. Las bornas de acceso suelen tener colores para facilitar la

corrección de las conexiones exteriores. Cuando se mide en corriente continua, suele ser

de color rojo la de mayor potencial ( o potencial + ) y de color negro la de menor potencial

( o potencial - ). La parte izquierda de la figura (Esquema 1) es la utilizada para medir en

continua y se puede observar dicha polaridad. La parte derecha de la figura es la utilizada

para medir en corriente alterna. El polímetro está dotado de una pila interna para poder

medir las magnitudes pasivas. También posee un ajuste de cero necesario para la medida

de resistencias.

AMPERIMETRO

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Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que

está circulando por un circuito eléctrico. Un micro amperímetro está calibrado en

millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.

Si hablamos en términos básicos, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento

para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia en paralelo, llamada

shunt. Disponiendo de una gama de resistencias shunt, podemos disponer de un

amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una

2 Diseño de un Amperímetro de varias escalas con un galvanómetro

resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su

presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico.

El aparato descrito corresponde al diseño original, ya que en la actualidad los

amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la medida de la caída de tensión

en un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leída por

un microprocesador que realiza los cálculos para presentar en un display numérico el valor

de la corriente eléctrica circulante.

Clasificación de los Amperímetros

Magnetoeléctrico: Para medir la corriente que circula por un circuito tenemos que

conectar el amperímetro en serie con la fuente de alimentación y con el receptor de

corriente. Así, toda la corriente que circula entre esos dos puntos va a pasar antes por el

amperímetro. Estos aparatos tienen una bobina móvil que está fabricada con un hilo muy

fino (aproximadamente 0,05 mm de diámetro) y cuyas espiras, por donde va a pasar la

corriente que queremos medir, tienen un tamaño muy reducido. Por todo esto, podemos

decir que la intensidad de corriente, que va a poder medir un amperímetro cuyo sistema

de medida sea magnetoeléctrico, va a estar limitada por las características físicas de los

elementos que componen dicho aparato. El valor límite de lo que podemos medir sin

temor a introducir errores va a ser alrededor de los 100 miliamperios, luego la escala de

medida que vamos a usar no puede ser de amperios sino que debe tratarse de

miliamperios. Para aumentar la escala de valores que se puede medir podemos colocar

resistencias en derivación, pudiendo llegar a medir amperios (aproximadamente hasta

300 amperios). Las resistencias en derivación pueden venir conectadas directamente en el

interior del aparato o podemos conectarlas nosotros externamente.

Electromagnético: Están constituidos por una bobina que tiene pocas espiras pero de gran

sección. La potencia que requieren estos aparatos para producir una desviación máxima

es de unos 2 vatios. Para que pueda absorberse esta potencia es necesario que sobre los

extremos de la bobina haya una caída de tensión suficiente, cuyo valor va a depender del

alcance que tenga el amperímetro. El rango de valores que abarca este tipo de

amperímetros va desde los 0,5 A a los 300 A. Aquí no podemos usar resistencias en

derivación ya que producirían un calentamiento que conllevaría errores en la medida. Se

puede medir con ellos tanto la corriente continua como la alterna. Siendo solo válidas las

medidas de corriente alterna para frecuencias inferiores a 500 Hz. También se puede

agregar amperimetros de otras medidas eficientes.

Electrodinámico: Los amperímetros con sistema de medida "electrodinámico" están

constituidos por dos bobinas, una fija y una móvil.

VOLTIMETRO

Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

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Podemos clasificar los voltímetros por los principios en los que se basa su funcionamiento.

Voltímetros electromecánicos: Estos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos para corriente continua y para corriente alterna.

Voltímetros electrónicos: Añaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada (del orden de los 20 mega ohmios) y mayor sensibilidad. Algunos modelos ofrecen medida de "verdadero valor eficaz" para corrientes alternas. Los que no miden el verdadero valor eficaz es porque miden el valor de pico a pico, y suponiendo que se trata 3 Diseño de un voltímetro de varias escalas con un galvanómetro

de una señal sinusoidal perfecta, calculan el valor eficaz por medio de la siguiente fórmula:

Voltímetros vectoriales: Se utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan una indicación de su fase. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de aparatos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general. Son dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.

Voltímetros digitales: Dan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), auto rango y otras funcionalidades.

OHMETRO

Un Ohmetro, u Ohmiómetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica.

El diseño de un óhmetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvanómetro medir la corriente que circula a través de la resistencia

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La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicación de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batería fija, la intensidad circulante a través del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.

4

Existen también otros tipos de óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a través de la resistencia R bajo prueba. Luego, mediante otro circuito se mide el voltaje V en los extremos de la resistencia. De acuerdo con la ley de Ohm el valor de R vendrá dado por:

Para medidas de alta precisión la disposición indicada anteriormente no es apropiada, por cuanto que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y la de la resistencia bajo prueba.

Para evitar este inconveniente, un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvin. 2 terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.

DISEÑOS DE LOS CIRCUITOS

1. Diseñar e implementar un amperímetro de dc con derivación de Ayrton, para escalas de corriente de 10 mA. 100 mA, 1A. Empleando el galvanómetro de D’Arsonval

AMAPERIMETRO

CALCULOS

Ri: 3ΩIm: 0.027 A

Para la escala de 0 -100 mA

Ra=Ri× ImI−Im

= 3×0.0270.1−0.027

=0.0810.073

=1.1Ω

En esta imagen podemos observar una corriente de 99.2 mA que esta dentro del rango que calculamos.

Para la escala de 0 - 500 mA

Rb=Ri×ImI−Im

= 3×0.0270.5−0.027

= 0.0810.473

=0.171Ω

En esta imagen podemos observar una corriente de 363 mA que está dentro del rango que calculamos

Para la escala de 0 - 1000 mA o 0 – 1ª

Rc=R i×ImI−Im

=3×0.0271−0.027

= 0.0810.973

=0.083Ω

En esta imagen podemos observar una corriente de 933 mA que está dentro del rango que calculamos

2. Diseñe un voltímetro de cd multi rango empleando un galvanómetro de D’Arsonval

son escalas de medición de voltaje: 0 -10Vdc; 0 – 20Vdc; 0- 50Vdc.

VOLTIMETRO

CALCULOS

Rm: 3ΩIm: 0.027 A

Para un volteje de 0 – 10V

Ra=V−Rm×Im

Im=10−3×0.027

0.027= 9.9190.027

=367.3Ω

Para un voltaje de 0 – 20 V

Rb=V−Rm× Im

Im=20−3×0.027

0.027=19.9190.027

=737.7Ω

Para un voltaje de 0 – 50 V

Rb=V−Rm× Im

Im=30−3×0.027

0.027=4 9.9190.027

=1848Ω

3. Diseñe un ohmiómetro empleando galvanómetro de D’Arsonval, realice la

medición de resistencias de 1KΩ, 3.3KΩ, 6.8KΩ, 10KΩ resultados de la medición

con el valor obtenido al medirse con multímetro digital y con el código de colores.

OHMIOMETRO