MEDIDAS CON INSTRUMENTOS ELCTRICOS1.- OBJETIVO.Realizacin prctica de conexiones y mediciones de magnitudes elctricas, bajo las precauciones necesarias y adquirir criterios para mejorar las lecturas de las escalas de los instrumentos.2.- FUNDAMENTO TEORCO.En el laboratorio se tiene varios instrumentos de mediciones directas, como instrumentos de bobina mvil, voltmetros diferentes tipos, Ampermetros, hmetros, vatmetros, medidor de energa osciloscopios, capacmetros, multi tester digitales y analgicos.Voltmetros mide diferencia de potencial elctrico en voltios o submltiplos.Ampermetros mide intensidad de corriente elctrica en ampere o submltiplos.Ohmetros mide la resistencia elctrica en Ohms () o submltiplos.Los ampermetros y voltmetros pueden ser utilizados para mediciones en corriente continua o alterna, o ambas.Los tres instrumentos antes mencionados pueden presentarse en forma independiente o agrupados en un solo instrumento llamadoMultmetroo, como se lo denomina comnmente,Tester.En cualquiera de los casos, los instrumentos poseen un selector de escalas, a los efectos de seleccionar el rango de medicin.La lectura de la medida realizada depender del tipo de instrumento utilizado, analgico o digital. En los de aguja o analgicos, las lectura se indica en una escala graduada y el rgano indicador est compuesto por una aguja o por un fino haz de luz y en los digitales, la lectura se realiza directamente por medio de un display indicador.Las diferentes escalas poseen graduaciones, que segn los casos corresponden a ecuaciones lineales, logartmicas, u otro tipo de funcin ms compleja.En instrumentos de aguja el movimiento del rgano indicador es, generalmente, de izquierda (cero) a derecha, salvo en el hmetro en que el cero se encuentra a la derecha.En los voltmetros y ampermetros el cero se encuentra al principio de la escala y al final de la escala, llamadofondo de escala, le corresponde el mximo valor posible de medir en esa escala.

VOLTIMETROEl voltmetro es un instrumento destinado a medir la diferencia de potencial (ddp). La unidad de medida es elVoltio (V).La ddp puede ser medida enCCoAC, segn la fuente dealimentacin utilizada. Por ello, antes de utilizar el instrumento lo primero que se debe verificar es qu tipo de seal suministrar la fuente de alimentacin, y constatar que el selector de escala se encuentre en la posicin adecuada,ACoCC.Luego se debe estimar o calcular por medio analtico el valor de ddp a medir y con ello seleccionar el rango de escala adecuado, teniendo en cuenta que el fondo de escala sea siempre superior al valor a medir.En el caso que no sea posible estimar ni calcular la ddp a medir, se deber seleccionar la escala de mayor rango disponible y luego de obtener una medicin adecuar el rango de esca-la, si fuera necesario. Para el caso de instrumentos de aguja, es aconsejable que la lectura se efecte siempre en la segunda mitad de la escala, ya que all se comete menor error.Cuando se debe medir enCCse deber tener en cuenta la polaridad del instrumento, observando que para ello los cables del mismo se hallan diferenciados por su color siendo, por convencin, el colorrojopara la polaridadpositivay el colornegropara la polaridad negativa; los bornes del instrumentos estn indicados con los signos + y - o COM respectivamente.Para el caso de instrumentos de aguja (analgicos), al conectarlos con la polaridad incorrecta se observar que la aguja deflecionar en sentido contrario (de derecha a izquierda), lo que puede causar deterioro del mecanismo de medicin del instrumento.En caso de desconocer la polaridad de la fuente de alimentacin, o ante cualquier duda sobre la seleccin de escala, consultar con el personal de laboratorio.Cuando se vaya a medir enACno se tendr en cuenta la polaridad debido a que se trata de corrientes no polarizadas.El voltmetro se debe conectar a un circuito que este energizado en paralelo, es decir colocando los terminales del voltmetro directamente sobre los terminales de los elementos elctricos, tales como resistencias, toma corrientes, capacitores, bornes de una batera, etc. AMPERIMETROEs un instrumento destinado a medir intensidad de corriente, tanto en corriente continua como en alterna. La unidad de medida es elAmpere (A).Para el manejo de ste instrumento se debern observar las mismas precauciones que para el uso del voltmetro.El ampermetro se conecta en serie con el circuito. La intencin es medir el flujo de corriente elctrica que atraviesa por un conductor, un resistor, etc. Para conectar el ampermetro se debe cortar un conductor e intercalar entre sus extremos el instrumento con sus respectivas polaridades en el caso de corriente contnua CC. En la caso de corriente alterna C.A. no es necesario. OHMETROInstrumento destinado a medir valores de resistencias. La unidad de medida es elOhm ().Este instrumento no posee polaridad. La medicin de resistencia debe efectuarse siempre con al menos uno de los bornes del elemento resistivo desconectado del resto del circuito.Precauciones que se deben tomar:El resistor debe estar totalmente desconectado el circuito es decir el resistor debe estar suelto.Si se mide la resistencia equivalente de un circuito resistivo este debe estar des energizado. Se conecta los terminales del hmetro en paralelo de forma similar a l voltmetro.El selector de escala FUNCION/Rango inicialmente se pude colocar en cualquier lugar luego ir cambiando la escala.Si el instrumento es analgico antes de medir se debe unir los terminales de hmetro de manera que instrumento acuse un valor prximo a cero de la escala con el potencimetro ADJ se calibra el hmetro se decir haciendo girar la perilla de la aguja en el cero de la escala de ohmios. Luego se procede a medir.

CONEXIONES DE LOS DISTINTOS INSTRUMENTOSVOLTIMETRO:Medicin de la ddp sobreR.Importante:el voltmetro se conecta siempre en paralelo.Observar la polaridad para el caso de CC.

AMPERIMETRO:Medicin de la intensidad decorriente en el circuito.Importante:el ampermetro se conecta siempre en serie.Observar la polaridad para el caso de CC.

OHMETRO:Medicin de la resistencia R.Importante:el ohmetro se conecta en paralelo con el elemento resistivo a medir. El elemento resistivo no debe estar conectado al circuito de lo contrario se puede incurrir en error en la medicin.

USO DEL MULTIMETRO o TESTER En esta parte se presentan instrucciones generales de manejo del Multmetro (Tester) analgico, ya que conociendo ste, el empleo del digital es mucho ms sencillo.

Como se mencion anteriormente, con el Multmetro se puede medir tensin y corriente enCCyACadems de resistencia. Con la perilla selectora deFuncin/Rangose elige la funcin y el rango deseado.En el multmetro de la figura se observa que enCCtenemos diferentes rangos :1V - 2,5 V - 10 V - 25 V - 100 V - 250 - 1000 V.Rango ResolucinPrecisin

0 - 0,1 V0,002 V4%

0 - 0,5 V0,01 V4%

0 2,5 V0,05 V4%

0 10 V0,2 V4%

0 50 V1 V4%

0 250 V5 V4%

0 1000 V20 V4%

Si la perilla selectora deFuncin/Rangose posiciona en voltaje enAC, se tendrn los rangos:10 V - 25 V - 100 V - 250 V - 1000 V.RangoResolucinPrecisin

0 10 V0,2 V5 %

0 50 V1 V5 %

0 250 V5 V5 %

0 1000 V20 V5 %

Para corriente enCC, los rangos :5 mA - 50 mA - 500 mA 50 mA - 500 mARangoResolucinPrecisin

0 50 A1 A4 %

0 2,5 A0,05 mA4 %

0 25 mA0,5 mA4 %

0 250 mA5 mA4 %

Algunos instrumentos presentan un rango extra de10 A. Para acceder a los rangos extendidos (1000 V CC/AC o 10 A afondo de escala) se debe conectar el terminal de prueba rojo en el orificio marcado con la graduacin de fondo de escala correspondiente.En la funcin hmetro tenemos los siguientes rangos:x1 - x10 x100 x1KRangoPrecisin

x 14 %

x 104 %

x 1004 %

x 1K4 %

x 10K4 %

Caractersticas del multmetro digitalTensin contnua o directa DC o CCRangoResolucinPrecisin

0 -200 mV100 mV0,5 %

0 2000 mV1 mV0,5 %

0 20 V10 mV0,5 %

0 200 V100 mV0,5 %

0 1000 V1 V0,8 %

Tensin alterna AC o CARangoResolucinPrecisin

0 -200 V100 mV1,2 %

0 750 V1 V1,2 %

Ampermetro DC o CCRangoResolucinPrecisin

0 - 200 A100 A1 %

0 2000 A1 V1 %

0 20 mA10 A1 %

0 200 mA100 A1,2 %

0 10 A10 mA2 %

hmetroRangoResolucin Precisin

0 200 0,1 0,8 %

0 2000 1 0,8 %

0 20 K10 0,8 %

0 200 K100 0,8 %

0 2000 K1 K 1 %

Caractersticas asociadas a un instrumento anlogo de medidas elctricasLas caractersticas fundamentales asociadas a instrumentos en relacin con la calidad de la medida que proporcionan son: la exactitud, la sensibilidad, la constante del instrumento y la fidelidad, adems sus correspondientes parmetros vienen definidos como: Rango de la escala escogida Constante del instrumento Sensibilidad Clase de exactitudRANGO DE LA ESCALA. R est determinada por la escala seleccionada y se expresa como la diferencia entre los valores de lectura mximo y mnimo de la escala es decir: (1)LA CONSTANTE DEL INSTRUMENTO C. Se define en trminos de las caractersticas y la diferencia entre dos valores consecutivos x y x`` con x``>x`. Marcados en el instrumento con rayas y nmeros, que cubren un intervalo xu y su respectivo nmero de divisiones Nu correspondiente: (2)Para expresar el valor x de una medida, si el investigador conoce la constante C del instrumento se debe aplicar la siguiente frmula

Con r nmero de divisiones que hay entre x y la posicion de la aguja indicadora, como se muestra en la figura donde x = I.En los instrumentos de medidas elctricas (anlogos), la sensibilidad S es inversamente proporcional a la constante C del instrumento. (3)LA EXACTITUD O CLASE DEL INSTRUMENTO o K. de muchos isntrumentos elctricos de medida asociada con los diferentes rangos que posee, es decir cada rango de escala tiene su respectivo error, as el error instrumental para un equipo elctrico con diferentes escalas esta definido como la mayor separacion entre el valor medido de una cantidad con el instrumento dado (lectura) y el valor medido con un patron de medida es el error instrumental Si este error se multiplica por 100 y se divide por el rango de la escala del instrumento Vmax se obtiene la clase de exactitud del instrumento en porcentaje siendo el error relativo porcentual. (4)El error absoluto llega a ser (5)EJEMPLO.Tomese como instrumento anlogo de medidas elctricas el multimtro de Phywe del laboratorio para medir la intensidad de corriente en la escala visual negra desde 0 hasta 10 y rango de medidas de 0,0 0,01 ampere, o en forma equivalente 0,0 10,0 mA como se muestra en la figura

El rango de la escala sera la ecuacion (1)

rango de la escala escogida.

La constante C, al tomar x=I =2; x=I=4 y Nu = 20 divisiones como aparece en la figura superior y aplicando la ecuacin (2) se tiene La sensibilidad al emplear la ecuacin 3Segn el fabricante la clase del miliampermetro es K==1,5 y posee rayas numeradas cada 2 mA con 20 divisiones entre ellas de la ecuacin 5 se tiene

El valor medido ser: Con un error relativo porcentual de:

Algunas clases de instrumentos en general:CLASEERROR RELATIVO %APLICACIN

0,250,25 %Laboratorios

0,50,5 %Laboratorios

11 %Instrumentos porttiles de laboratorio

1,51,5 %Instrumentos porttiles de laboratorio

22 %Instrumentos porttiles de laboratorio

2,52,5 %Instrumentos porttiles

33%Instrumentos porttiles

3,53,5%Instrumentos porttiles

55%Tableros industriales

Proceso para expresar una medida realizada con un instrumento digitalEl reporte de medicin de una variable realizada con un instrumento de medida digital como el multmetro de laboratorio se logra escribiendo la medida reportada por el dispositivo la incertidumbre en a medida conforme indica el manual de funcionamiento suministrado por la casa fabricante.Ejemplo 2.El valor registrado por el hmetro digital de una resistencia es de 4, 48 K de tal forma que la resistencia se reporta as:R = Medida registrada por el hmetro 0,8 %Para el valor registrado anteriormente la medida se expresa de la siguiente manera:R = 4,48 K 0.0358FinalmenteR = 4,48 0.04 K EJERCICIOS PRACTICOS:1-Al medir con un hmetro el valor de una resistencia, la aguja indica el valor "15" en el arco graduado (FIG.1). Si los colores de la resistencia son: Marrn, verde y naranja respectivamente, determine:a) Cul es su valor de acuerdo al cdigo de colores (CCR).b) En que rango se encuentra el selector.c) La ctedra le proveer 3 resistencias a las que se deber determinar su valor de acuerdo alCCRy midindolas con el ohmetro.2- LaFIG.2muestra que la aguja indicadora est entre el 4 y el 5 en la escala de Voltios deCC. Si el selector se encuentra en 10V (ver Escalas disponibles) a fondo de escala, determine:a) El valor de la tensin leda.b) Midiendo la tensin de una pila seca la aguja nos indica 1.5, elija el rango adecuado enCC.3- LaFIG.3muestra la posicin de la aguja cuando se mide la tensin en un tomacorriente domici-liario (tensin enCA).a) Elija el rango adecuado en Voltios deCAy diga cul es el valor medido.b) Explique la polaridad de las puntas de prueba con las que se realiza la medicin.4- En laFIG.4se observa que la aguja indicadora se encuentra entre el valor 2 y 2.1 en el arco de mA deCC, y la magnitud medida es de 205 mACC,a) Elija el rango adecuado de mA deCC.b) Si en el rango seleccionado se realiza una nueva medicin y la aguja indica 0.2, cul sera el rango apropiado para realizar esta nueva medicin.

3.- SISTEMA DE EXPERIMENTACIONMATERIALESCARACTERISTICAS

MultmetroAnalgico y digital

ResistoresDe carbon

BaterasDe 1,5 V y 9 V

Fuentes de alimentacinDe 0 25 V C.C.

Cables de conexion De 0,5 m

RestatoLeybold

4.- MONTAJE DEL EXPERIMENTOA) Medicin de resistencia elctrica

B) Medicin de voltaje con tester.

C) Medicin de voltaje y corriente elctrica.

D) Comparacin entre medidas 5.- EJECUCIN DEL EXPERIMENTOTomando en cuenta las precauciones para el uso de los instrumentos y las formas correctas de conectarlos, adems de las elecciones correctas de las escalas que se han indicado, se proceder a realizar las mediciones.A. Medicin de resistencia elctrica1. Mida la resistencia del restato para distintas posiciones del cursor. Tabule sus medidas:R(); L(cm) .B. Medicin de voltaje con tester.1. Conecte el restato a una batera o fuente C.C., y proceda a medir el voltaje para las mismas posiciones del cursor que en el punto A. Tabule sus medidas: V(volt) L(cm) R() .C. Medicin de voltaje y corriente elctrica.1. Arme el circuito de la figura, conecte un voltmetro y un ampermetro.2. Para una resistencia constante, vare el voltaje suministrado por la fuente continua y registre los valores de corriente elctrica y voltaje en la resistencia en una tabla de valores: V(volt) I(mA)

D) Comparacin entre las medidas registradas por un voltmetro PHYWE (anlogo) en la escala de 10 V y las proporcionadas por un voltmetro digital1) Desde el dial de la fuente vare la alimentacin partiendo de cero (0,0 V ), con incrementos de 1,0 volt hasta marcar en el voltmetro patrn 9,0 V o un valor cercano y consigne los datos de los dos voltmetros en la tabla 4.2) Realice ahora las lecturas desde el voltmetro PHYWE, empezando en 10,0 V, luego 9,5 V y a partir de este valor en pasos decrecientes de 1,0 volt hasta 0,5 V y complete la tabla 46.- REGISTRO DE DATOS EXPERIMENTALESA) Tabla 1. R() Vs L(cm)B) Tabla 2. V(volt) Vs L(cm) Vs R()C) Tabla 3. V(volt) Vs I(mA)D) tabla 4.

7.- PROCESAMIENTO DE DATOSA) Usando Excel haga el grfico R vs L, y obtenga la relacin funcional entre estas variables (R = f(L)).B) 2. Use Excel para graficar y encontrar la relacin voltaje resistencia elctrica, V = V(R)C) 3. Encuentre la relacin voltaje corriente, V = V(I)

D) Calcule el error absoluto en cada par de medidas tomadas en el numeral y llene la columna respectiva de la tabla 4 e igualmente calcule el error instrumental y regstrelos en la respectiva columna de la misma tabla.E) Analizar las diferencias entre datos suministrados por los voltmetros DIGITAL y PHYWE registrados en la tabla 4. A qu se podran atribuir tales diferencias?Existe alguna variacin si la toma de datos es creciente o decreciente?. Rango 0,0 ... 10,0 V. Tolerancia 0,15 Clase k = 1,5F) Justificar por qu es o no confiable el voltmetro PHYWE como instrumento de medida.Asociar la columna derecha de la tabla 4 con la ecuacin 4 del error instrumental Qu concluye?G) Mencione aplicaciones de seales elctricas de corriente alterna y corriente directa.

8.- INTERPRETACIONES FSICAS9.- CONCLUSIONES10.- BIBLIOGRAFIA