Universidad Nacional Experimental PolitcnicaAntonio Jos de SucreVice-Rectorado Puerto OrdazCatedra: Lab. Electrometra

Diseo de ampermetro y voltmetro

Ciudad Guayana, Junio 2014Bachiller:Ricardo FermnC.I: 25.124.013Profesor:Luis lvarez

ndice

Pg.

Construccin de un ampermetro a partir de un galvanmetro de d'ArsonvalAmpermetro en DC..4-5Conexin de un ampermetro..5-6Ampermetro de varias escalas..6-8Caractersticas de un ampermetro8Construccin de un voltmetro a partir de un galvanmetro de d'ArsonvalVoltmetro en DC.9-10Conexin de un voltmetro...10-11Voltmetro de varias escalas...11-12Caractersticas de un Voltmetro12-13Cul es la utilidad de dicha caracterstica?.................................................13Instrumentos en AC.14Conclusin..15Bibliografa..16

Introduccin:

Jacques-Arsne d'Arsonval(jun 8, 1851 a dic 31, 1940) fue unfrancsmdico,fsicoe inventor de la bobina mvilD'Arsonval galvanmetroy eltermoparampermetro.D'Arsonval era un importante contribuyente al emergente campo de laelectrofisiologa, el estudio de los efectos dela electricidadenlos organismos biolgicos, en el siglo XIX.En la industria existen actualmente una gran cantidad de instrumentos elctricos de aguja capaces de medir los parmetros ms variados: corriente, voltaje, temperatura, presin, etc. Desde el punto de vista puramente externo (lo que podemos observar si nos acercamos a un panel donde estn dichos instrumentos de medicin) todos ellos presentan ciertas caractersticas en comn: Constan de una escala graduada en las unidades correspondientes y de una aguja indicadora mediante la cual podemos realizar la lectura de la variable en un momento dado.

Desde el punto de vista del funcionamiento, todos estos instrumentos se basan en la utilizacin de un mismo dispositivo: el galvanmetro de D'Arsonval, cuya principal caracterstica es producir la deflexin de una aguja cuando a travs de l circula una corriente continua, proporcional a la magnitud de la variable que se est midiendo.A manera de saber ms, la operacin de este dispositivo se basa en la interaccin de una corriente elctrica DC y un campo magntico fijo.En el siguiente trabajo estudiaremos cmo disear un ampermetro y voltmetro a partir de una galvanmetro Darsonval, as como tambin sus funcionamientos y como disear varias escalas para los mismos.

Construccin de un ampermetro a partir de un galvanmetro de d'Arsonval

Los ampermetros electromecnicos industriales y de laboratorio se emplean para medir corrientes desde 1m A (10-6 A) hasta varios cientos de amperes. El movimiento de D' Arsonval ya que el paso de una corriente por la bobina genera un movimiento de la aguja proporcional a tal corriente. Para construir un ampermetro se emplea en la mayora de los casos una llave selectora para conectar diferentes resistencia en paralelo con el galvanmetro llamadas comnmenteshunts, permitiendo de esta manera hacer lecturas de corrientes ms grandes que las que puede hacer el galvanmetro solamente, que normalmente son pequeas. Elcambiodeshuntde hacerse sin corriente, ya que sin estas resistencias toda la corriente pasara por el galvanmetro causndole daos graves.

Ampermetro en DC

El diseo de un ampermetro DC capaz de medir corrientes dentro de un rango especifico, se basa en la utilizacin de un divisor de corriente como es el siguiente:

En el nodo A la corriente i se divide en dos: e . Por ley de Kirchhoff se tiene se tiene que cumplir:

De las dos ecuaciones anteriores podemos deducir las siguientes relaciones: Vamos a aplicar este principio a nuestro diseo. Supongamos que disponemos de un galvanmetro cuya corriente mxima es Im y cuya resistencia interna es Ri, y queremos construir con l, un ampermetro capaz de medir una corriente I, donde I>Im. Si colocamos el galvanmetro en una de las ramas de un divisor de corriente, obtenemos la configuracin mostrada:

Donde por lo tanto

Para disear un ampermetro capaz de medir corrientes entre o e IAmp a partir de un galvanmetro cuya corriente mxima es lm y cuya resistencia interna es Ri, conectamos en paralelo con dicho dispositivo una resistencia de valor R1, calculado de tal forma que cuando la corriente incidente en el instrumento sea l, la que circule por el galvanmetro sea lm. Con esto obtenemos un instrumento cuya corriente mxima es I y cuya resistencia interna es Ri en paralelo con R1.

Conexin de un ampermetro

Para que un ampermetro DC indique el valor de una corriente, debe circular por l dicha corriente, por lo tanto debemos conectar el ampermetro en serie dentro del circuito en el que deseamos realizar la medicin, con la polaridad correcta. Por ejemplo, si queremos determinar la corriente que circula por el circuito mostrado en la figura, debemos conectar el ampermetro de la forma indicada.

Antes de conectar un ampermetro en un circuito debemos estimar el valor aproximado de la corriente que circula por el mismo, ya que en caso de que sta sea superior a la mxima corriente que puede detectar el instrumento, podemos daarlo.

Otro factor que debemos tener en cuenta al conectar un ampermetro es el valor de su resistencia interna. Si dicho valor es comparable o mayor que el de las resistencias del circuito, la introduccin del instrumento altera en forma apreciable el valor de la resistencia total y por lo tanto el de la corriente, por lo que la medida realizada de esta forma se aleja mucho del valor que tena la corriente antes de introducir el instrumento en el circuito.

Ampermetro de varias escalasLos medidores tpicos parabancode laboratorio tienen exactitudes de aproximadamente 1 % del valor de la escala completa debido a las inexactitudes del movimiento del medidor. Adems de este error, la resistencia de la bobina del medidor introduce una desviacin con respecto alcomportamientode un ampermetro ideal, este instrumento es ideal cuando su resistencia interna es cero, es decir si acta como un corto entre los puntos del circuito donde se desea realizar lamedicin.Si queremos disear un ampermetro de varias escalas, para cada una de ellas tendremos que calcular la resistencia que debemos colocar en paralelo con el galvanmetro. La configuracin ms simple de este instrumento es la mostrada en la Figura:

En el esquema anterior podemos observar que si queremos cambiar de escala cuando el ampermetro est conectado a un circuito, debemos desconectarlo, efectuar el cambio y luego conectarlo nuevamente, ya que si realizamos dicho cambio sin eliminar la conexin, mientras el selector est entre dos posiciones toda la corriente circular por el galvanmetro, y como dicha corriente es mayor que Im, probablemente daar el instrumento. Para evitar esto podemos emplear la configuracin de la siguiente figura:

De esta forma mientras el selector se encuentra entre dos posiciones, el galvanmetro tiene siempre una resistencia conectada en paralelo.

Otra solucin posible para el circuito de la figura anterior es utilizar un selector tal que si se encuentra en una posicin intermedia, est conectado simultneamente a dos resistencias adyacentes, como podemos observar en la Figura:

Caractersticas de un ampermetro.

Las caractersticas que debemos indicar ampermetro son:

- Corriente mxima - Resistencia interna - Exactitud - Precisin - Linealidad

Construccin de un voltmetro a partir de un galvanmetro de d'Arsonval

La mayor parte de los voltmetros emplean tambin el movimiento de D' Arsonval. Este movimiento se puede considerar en s mismo un voltmetro, si se considera que la corriente que pasa por l, multiplicada por su resistencia interna origina una determinada cada de voltaje. En el caso del voltmetro el instrumento es ideal si ofrece resistencia infinita entre los puntos sobre los cuales se est realizando la medicin del voltaje, es decir constituye un circuito abierto entre sus puntas de prueba, pero esto es difcil de lograr por lo que para aumentar el voltaje que se puede medir mediante ese instrumento, se agrega una resistencia ms en serie a la resistencia propia del medidor. La resistencia adicional (que se llama un multiplicador) limita la corriente que pasa por el circuito del medidor.

Voltmetro en DC

El diseo de un voltmetro DC capaz de medir voltajes dentro de un rango especfico, se basa en la utilizacin de un divisor de voltaje, como el mostrado en la Figura:

En dicho circuito, a corriente que circula por ambas resistencias es la misma, por lo tanto se cumple:por lo tanto

Pero: y , donde:

Vamos a aplicar este principio al diseo de un voltmetro. El galvanmetro tiene una resistencia interna Ri y una corriente mxima lm, debido a esto el voltaje mximo entre los extremos del mismo es Vmax = Ri*lm. Si queremos disear un voltmetro capaz de detectar entre sus terminales voltajes hasta de E voltios (donde EVmax) debemos conectar en serie con el galvanmetro una resistencia Ri, como se indica en la Figura:

El valor de R1 debe ser tal que:

Por lo tanto:

Con esta configuracin tenemos un instrumento que marca mxima escala cuando el voltaje entre sus terminales es E.

Conexin de un voltmetro

Para que un voltmetro DC indique el valor de un voltaje, debe existir dicho voltaje entre sus terminales, por lo tanto tenemos que conectar el voltmetro en paralelo con el elemento al que queremos determinarle su voltaje con la polaridad adecuada.

Por ejemplo, si deseamos medir el voltaje existente entre los terminales de la resistencia R2 del circuito mostrado en la Figura, debemos conectar el voltmetro como se indica:

Antes de conectar un voltmetro, al igual que en el caso del ampermetro, debemos estimar el valor aproximado del voltaje que vamos a medir, ya que en caso de que ste sea superior al mximo voltaje que puede detectar el instrumento, podemos daarlo.De la misma forma, otro factor que debemos tener en cuenta al conectar un voltmetro es su resistencia interna. Si esta resistencia es del mismo orden de magnitud que aquella sobre la que vamos a conectar el voltmetro en paralelo, la introduccin del instrumento afecta la resistencia total del circuito en forma apreciable, y por lo tanto altera el voltaje que deseamos medir.

Voltmetro de varias escalas

Para construir un voltmetro de mltiple rango, se puede emplear un interruptor que conecte resistencias de varias magnitudes en serie con el movimiento del medidor. Para obtener una deflexin hacialos valoresaltos de la escala, los bornes se deben conectar con el voltmetro con la misma polaridad que lasmarcasde las terminales. Los voltmetros tpicos de corriente directa (CD) de laboratorio tienen exactitudes de 1 % de la escala completa.

La sensibilidad de un voltmetro se puede especificar por el voltaje necesario para una deflexin de escala completa. Pero otro criterio de sensibilidad, que se usa ampliamente, es la capacidad de ohms por volts.Para cada una de las escalas que deseamos disear, debemos calcular la resistencia que debemos conectar en serie con el galvanmetro. Una vez realizado este clculo, podemos implementar el voltmetro de varias escalas utilizando una de las configuraciones presentadas en las siguientes figuras:

Caractersticas de un Voltmetro.Al igual que para un ampermetro, las caractersticas ms importantes que es necesario especificar para un voltmetro son:- Corriente mxima- Resistencia interna- Exactitud- Precisin- Linealidad

Para este instrumento est definido otro parmetro denominado caracterstica ohmios/voltio y que algunos fabricantes llaman tambin sensibilidad.

Para disear un voltmetro de varias escalas, debemos calcular la resistencia que tenemos que conectarle en serie al galvanmetro para cada una de ellas. O sea, para obtener una escala que pueda indicar hasta V1 voltios, debemos conectar una resistencia R1, para tener otra que llegue hasta V2, debemos conectar R2 y as sucesivamente. Para la primera escala la resistencia interna total que presentar el voltmetro ser RTl = Ri + R1, para la segunda ser RT2= Ri + R2, etc. La tabla resume el procedimiento de diseo.

Como podemos observar en la tabla anterior, la relacin (resistencia interna total)/ (voltaje mximo de la escala) es una constante que depende del galvanmetro que estamos utilizando, ya que es igual al inverso de la corriente mxima de dicho instrumento. Esta relacin se conoce con el nombre de caracterstica ohmios/voltio ya que stas son las unidades en que viene expresada.

Cul es la utilidad de dicha caracterstica?

Observando la primera, tercera y cuarta columnas de la tabla anterior podemos deducir que si conocemos dicha caracterstica del voltmetro y la escala que vamos a utilizar para realizar una medicin determinada, podemos calcular la resistencia interna que presenta el voltmetro en dicha escala.

Instrumentos en AC

Todos los instrumentos que hemos estudiado hasta este punto estn diseados para medir seales continuas. Las corrientes y los voltajes alternos, como su nombre lo indica, varan en el tiempo, y por lo general, un instrumento de aguja como el Galvanmetro de D'Arsonval no es capaz de seguir estas variaciones. Por lo tanto, si hacemos circular una corriente alterna por un Galvanmetro, el instrumento indicar el valor promedio de la seal, que usualmente es cero.

Ahora bien, cuando trabajamos con corrientes y voltajes alternos, por lo general nos interesa conocer su valor eficaz (r.m.s.), el cual, para seales sinusoidales, es igual al valor pico multiplicado por . Una forma simple de medir este parmetro es rectificar la seal alterna mediante un puente de diodos y aplicar la seal rectificada a un instrumento DC, como podemos observar en la Figura:

La escala del Galvanmetro se calibra para que la lectura corresponda al valor r.m.s de la seal bajo medicin.

Conclusin:

El galvanmetro de DArsonval es un instrumento de medicin elctrica muy usado, ya que este se puede usar para medir voltajes o corrientes dependiendo de su calibracin y del momento de torsin que experimente la bobina.

El mecanismo o movimiento que patent D' Arsonval se basa en este principio. Una bobina de alambre se fija en un eje que gira en dos cojinetes de joya.

Para la medida de la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito utilizamos un voltmetro, que est formado por un galvanmetro conectado en serie con una resistencia de alto valor. Para la medida de la intensidad de una corriente elctrica, se dispone en paralelo con el galvanmetro, una resistencia de bajo valor, llamada "shunt". Este montaje se llama ampermetro y se conecta en serie con la carga sobre la que se va a medir la intensidad de la corriente que le atraviesa

Bibliografa

Electricidad industrial, Volumen 2; Chester L. Dawes

Iniciacin a la fsica, Volumen 2; Julin Fernndez Ferrer,Marcos Pujal Carrera

Fsica preuniversitaria, Volumen; Paul A. Tipler

Internet:

http://www.monografias.com/trabajos7/inba/inba2.shtml

http://www.labc.usb.ve/paginas/mgimenez/Lab_Circ_Electronicos_Guia_Teorica/Cap6.pdf