diseno de amperimetro

Aux.Doc.: Moisés Juan Huallpa Alanoca Instrumentos y Medidas

Versión Revisada –Agosto de 2011- La Paz-Bolivia 1

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES

FACULTAD TECNICA

“INSTRUMENTOS Y MEDIDAS”

LIBRO DE APUNTES: 2

APUNTES DE INSTRUMENTACIÓN BÁSICA

TEMAS: Amperímetro en DC.

Diseño Básico y en Derivación.

Elaborado por: Moisés Juan Huallpa Alanoca

Prefacio.-

Este documento fue pensado primeramente para “apoyar” a los estudiantes de Instrumentos y Medidas y

materias afines dictadas en la Carrera de Electrónica y Telecomunicaciones. Y a todas las personas que siempre

me brindan su apoyo moral para seguir este ideal, estoy seguro que muy pronto será un Texto de Referencia

Inicial para todos aquellos que estudian este fascinante mundo de la “Electrónica”.

Todo el material que a continuación desarrollamos tiene como objetivo “primordial” facilitar la compresión la

Materia de Instrumentos y Medidas. Espero que aproveches todos estos apuntes ya que se ha realizado con

dedicación, esfuerzo, y sobre todo tiempo.

Auxiliatura de Docencia 2011

Puedes descargar más apuntes en mi página personal:

http://misapuntesdeclase.iespana.es [email protected]



DISEÑO DEL AMPERIMETRO EN CONTINUA

Conceptos básicos de Instrumentación.-

¿Que es la instrumentación?

Según F. Ferrero “La instrumentación comprende todas las técnicas, equipos y metodologías

relacionadas con el diseño y la construcción y la aplicación de dispositivos físicos para mejorar y

aumentar la eficiencia de los mecanismos de percepción del ser humano.”

La instrumentación electrónica es la técnica que se ocupa de la medición de cualquier tipo de

magnitud física, de la conversión de la misma a magnitudes eléctricas y de su tratamiento para

proporcionar la información adecuada a un sistema de control o a un operador humano o a ambos.

Instrumento.- Es un dispositivo para medir el valor o magnitud de una cantidad o variable.

Exactitud.- es la cercanía con la cual la lectura de un instrumento se aproxima al valor

verdadero de la variable que se esta midiendo.

Precisión.- Es una medida de reproducibilidad de las mediciones (mediciones sucesivas), esto

es, dado un valor medido este difiere de las otras medidas.

Sensibilidad del Instrumento.- Es la relación de la señal de salida o respuesta del instrumento

con respecto al cambio de entrada.

Resolución.- es el cambio mínimo de valor medido, al cual el instrumento responde.

Error.- Es la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero de la variable.

Medida de Corriente utilizando Instrumentos de Deflexión.-

<<Son instrumentos que indican directamente la intensidad de la corriente por medio de la desviación

de una aguja sobre una escala graduada>>

Su principio de funcionamiento es el mismo del galvanómetro de bobina móvil e imán permanente, y

por lo tanto análogo al voltímetro de este tipo. Incluso es posible considerarlo como un milivóltmetro

conectado a los terminales de una resistencia (shunt) intercalada en serie en el circuito principal cuya

intensidad se requiere medir.

Por consiguiente, la corriente que circula por él y la desviación de su aguja es proporcional a la

caída de tensión en la resistencia “shunt”.

En la práctica estas resistencias se dan a conocer por su caída de tensión. Así por ejemplo, hay shunts

de 50 [mV], 100 [mV], etc. de tal manera que un instrumento puede cambiar su rango de medida

cambiando el shunt. Para causar una desviación determinada del sistema móvil del instrumento, su



“shunt” debe provocar una caída de tensión que sea capaz de hacer circular por la bobina de éste una

corriente necesaria para ello.

Esta corriente es proporcional a la corriente del circuito principal, por lo tanto, la escala del

instrumento se puede graduar directamente para dar lecturas de corriente.

En la mayoría de los amperímetros de tablero y en los portátiles comunes (rango: 25 [A]

aproximadamente), el shunt viene incorporado en la misma caja del instrumento y la resistencia

propia de la conexión entre ambos debe considerarse para los efectos de calibración. En los

amperímetros patrones del laboratorio, los shunt vienen separados para todas las intensidades,

pudiéndose usar elementos separadamente.

Para conectar un amperímetro hay que abrir el circuito, quedando éste en serie con los otros

dispositivos.

<<Nunca se debe conectar este instrumento entre dos puntos de un circuito que tengan

diferente potencial, porque el voltaje puede causar una corriente muy alta que lo dañe>>

En efecto, como se ha visto, el instrumento está diseñado con una resistencia muy baja al paso de la

corriente, puesto que no debe modificar el circuito cuya corriente se debe medir.

Cuando se debe medir corrientes en Circuitos Cerrados, que por diversas razones no pueden abrirse

para intercalar el amperímetro, la medida se realiza con instrumentos de construcción especial que

aprovechan el efecto magnético de la corriente.

Diseño del Amperímetro Básico en DC.-

Circuito Base.:

La grafica mostrada representa un amperímetro básico, el medidor analógico esta representado por

un símbolo de “medidor analógico”. Se supone que la resistencia interna del medidor esta

representado “dentro” de este símbolo. Sobre este medidor fluye una corriente máxima y en

consecuencia existe una diferencia de potencial en el medidor, todos los componentes están en

paralelo con una resistencia. Rs (resistencia de protección o shunt).

Rm se debe calcular con un circuito auxiliar o en su defecto realizar una medida directa del

galvanómetro con un Multímetro en escala centenas ohmios. Im se debe medir con un circuito

I Is



auxiliar, debe tener cuidado en aplicar corriente desde Cero de tal suerte que no exceda el

limite permitido por el medidor (aguja en plena escala), de lo contrario en medidor quedara

inservible.

La ecuación de diseño es:

m

m

II

IRmRs

Donde:

Rm Es la resistencia interna del medidor. Rs Es la resistencia de derivación (Shunt). Im

Corriente de máxima deflexión en plena escala. I Corriente escala de diseño del Amperímetro.

Amperímetro de Derivación Ejemplo de Diseño.

Se basa en el anterior pero con derivaciones o escalas (Ampliación de escalas).

Enunciado.: Un Galvanómetro de 1mA de corriente máxima a plena escala con una resistencia interna

de 100 Ohmios, se quiere utilizar como un miliamperímetro con las siguientes escalas 50mA, 100mA y

150mA. Calcule los valores de las resistencias de derivación.

El Circuito será:

Análisis:

1. Para la escala de 50mA. El switch esta en la posición 1 las demás derivaciones no se consideran el R

shunt es la suma de las tres resistencias.

Im

Im*

IRmRaRbRcRs ; 1

Im

Im*

IRmRaRbRc

mm

mRaRbRc

150

1*100

; 0408.2 RaRbRc

Im=1m(A)

Rm=100 Ω

1

2

3



2. Para la escala de 100mA. El switch esta en la posición 2 las demás derivaciones no se consideran el

Rs shunt es la suma de dos resistencias.

2Im

Im*

1

I

RcRmRaRbRs

mm

mRcRaRb

1100

1*100

; 0101.101010.0 RaRbRc

3. Para la escala de 150mA. El switch esta en la posición 3 el R shunt es Ra.

3Im

Im*

2

I

RbRcRmRaRs

mm

mRbRcRa

1150

1*100

; 6711.07114.67114.6 RamRbmRc

Las ecuaciones de diseño serán:

0408.2 RaRbRc

0101.101010.0 RaRbRc

6711.07114.67114.6 RamRbmRc

Resolviendo el sistema de 3x3 se tiene:

0168.1

68.0Ra ; 3333.0Rb ; 0204.1Rc

Debes tener cuidado en el análisis matemático de la solución de ecuaciones 3x3 es

recomendable que lo corrobores las soluciones con calculadora Científica o en su defecto

utilizar un programa matemático MATLAB , MAPLE o algún programa de solución de

ecuaciones de ALGEBRA..

NOTA. Para la puesta en marcha en Laboratorio de deben aproximar las Resistencias a los

valores estándar mas próximos, si NO existe un valor estándar puedes colocar

resistencias en paralelo (con este apunte adjunto una TABLA de resistencias

equivalentes en paralelo).



Uso de Matlab para la Solución de Ecuaciones.-

Introducción

MATLAB es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones totalmente integrado orientado

para llevar a cabo proyectos en donde se encuentren implicados elevados cálculos matemáticos y la

visualización gráfica de los mismos. MATLAB integra análisis numérico, cálculo matricial, proceso de

señal y visualización gráfica en un entorno completo donde los problemas y sus soluciones son

expresados del mismo modo en que se escribirían tradicionalmente, sin necesidad de hacer uso de la

programación tradicional.

En los medios universitarios MATLAB se ha convertido en una herramienta básica y avanzada, tanto

para los profesionales e investigadores de centros docentes, como una importante herramienta para el

dictado de cursos universitarios, tales como sistemas e ingeniería de control, álgebra lineal, proceso

digital de imagen, señal, etc. En el mundo industrial MATLAB está siendo utilizado como

herramienta de investigación para la resolución de complejos problemas planteados en la realización

y aplicación de modelos matemáticos en ingeniería. Los usos más característicos de la herramienta los

encontramos en áreas de computación y cálculo numérico tradicional, prototipaje algoritmico, teoría

de control automático, estadística, análisis de series temporales para el proceso digital de señal.

Forma de Ingresar a Matlab.

Ir a Inicio -> Todos los programas -> MATLAB 6.5

Reescribiendo las ecuaciones para resolver con el programa Matlab

0408.2 RaRbRc

0101.101010.0 RaRbRc

6711.07114.67114.6 RamRbmRc

En la línea de comandos escriba las tres ecuaciones de la siguiente forma: En el prompt escriba



Como se puede observar la solución manual es igual a la solución por computadora,

Donde: a = Ra = 0.68 Ω,

b= Rb=0.34 Ω

y c = Rc =1.02 Ω

Nota. Si de necesitas el programa MATLAB puedes prestarte una computadora de nuestro

Laboratorio de computación ya que están instaladas.

Bibliografía

Instrumentación Electrónica Moderna Cooper, Helfrick.

MathWorks Documentation MATLAB V7

Paginas de Internet Google.

Recomendaciones para el laboratorio.-

¤ Leer en forma detenida la guía de laboratorio, entender los Objetivos y procedimiento de Diseño y

de medidas.

¤ Realizar los Cálculos de Diseño y armado del circuito previo al laboratorio.

¤ Cada estudiante debe traer todo el material necesario para el laboratorio.

¤ Cada uno de los participantes de grupo de SABER explicar lo que se realizara en laboratorio.

diseno de amperimetro

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