Experimento 5. Ampliación de escala de un voltímetro y de un amperímetro

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1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA I SEMESTRE 2009 ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EL2107 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN CORRIENTE CONTINUA Profesores: Ing. Gabriela Ortiz L., Ing Leonardo Rivas, Ing Javier Pérez 1 Objetivos Experimento 5 Ampliación de escala de un voltímetro y de un amperímetro 1.1 Aplicar las características del circuito serie en la ampliación de la escala de un voltímetro. 1.2 Aplicar las características del circuito paralelo en la ampliación de la escala de amperímetro. 2 Equipo - 1 Fuente de corriente continua - Multímetro SEW modelo ST-365TR - Multímetro digital DM 6804B - Amperímetro de Hierro Móvil, escala máxima 60 ma, SIEMENS - Potenciómetros: 1 KΩ y 500 KΩ - Resistencias: 50Ω /5W - Placa universal, cables y puentes 3. Cuestionario previo La idea central de este experimento es utilizar instrumentos de medición de corriente y tensión para medir valores que van más allá de los permitidos por sus escalas. Para ello deben utilizarse los principios de la división de tensión y división de corriente para desviar la magnitud excedente sin que el instrumento sufra daño alguno Ampliación de escala de un voltímetro a. Medición de la resistencia interna R v de un voltímetro. Dibuje un circuito que permita medir la resistencia interna R v de un voltímetro, por ejemplo el voltímetro SEW en escala de 10 V, usando solamente una fuente de tensión, un voltímetro y un amperímetro. b. Dé la expresión que permite obtener el valor de R v. c. Considere que un voltímetro, en determinada escala tiene una resistencia interna R v y da una lectura a máxima desviación (valor máximo de la escala) de V MAX voltios. d. Halle la expresión matemática para calcular la resistencia R s que se debe conectar en serie con este voltímetro, a fin de que el voltímetro indique la lectura máxima de la escala utilizada, cuando el circuito es alimentado con un voltaje nv MAX (n > 1), o sea un voltaje mayor a V MAX. Presente R s como una función de n y R v.

2 e. Calcule R s, para n = 2 y para n = 3. R s1 = Ω, R s2 = Ω 3.2. Ampliación de escala de un amperímetro a. Medición de la resistencia interna R A de un amperímetro de hierro móvil. Dibuje un circuito de medición que además del amperímetro, disponga de una fuente de tensión y un voltímetro. Para limitar la corriente máxima que entregue la fuente de tensión, se le deberá conectar a ésta una resistencia R s en serie. b. Considere que un amperímetro posee una resistencia interna R A, en una escala a la cual se lee una corriente máxima I MAX (máxima escala). c. Si se quiere usar dicho amperímetro para medir una corriente mayor que I MAX, por ejemplo ni MAX donde n > 1. El exceso de corriente se hará pasar por una resistencia R p que deberá colocarse en (serie/paralelo) a fin de no dañar el instrumento. d. Determine la expresión matemática para calcular el valor de R p cuando la corriente total es ni MAX y por el amperímetro sólo pasará I MAX, Dé esa expresión en función de n y R A. e. Haga el cálculo de R p para n = 2 y n = Circuitos de medición DC R S + V T V + - V v - V 500 KΩ Figura 4.1 Circuito para ampliación de escala de un voltímetro.

3 I T A I A A + V T - R P 100 Ω 50 Ω Figura 4.2 Circuito para ampliación de escala de un amperímetro. 5 Procedimiento 5.1. Ampliación de escala de un voltímetro de 10 V a 25 V Monte el circuito de medición que dibujó Ud. en el punto 3.1 a. y determine R v. Previamente realice los siguientes ajustes: a. Ponga inicialmente la fuente en 0 V b. Utilice el SEW como voltímetro en la escala de 10 V al cual se le va a determinar su R v. c. Use el multímetro digital como amperímetro d. Aumente el voltaje de la fuente desde 0 V hasta que el voltímetro indique el voltaje máximo 10V. e. Mida la corriente indicada en el multímetro digital I v = A f. Calcule la resistencia interna del voltímetro R v = Ω Monte el circuito de la Figura 4.1 a. Utilice el multímetro digital como voltímetro para tomar la lectura del voltaje V T de la fuente. b. Use el instrumento SEW como el voltímetro al que se va ampliar la escala. Escala 10 V. c. A partir del resultado obtenido en el punto f para R v, determine el valor de la resistencia R s necesario para ampliar la escala del voltímetro a 25 V. R s = Ω d. Ajuste el potenciómetro de 500 KΩ al valor calculado por usted para R s. e. Monte el potenciómetro sin cambiar el valor ajustado anteriormente. f. Aumente la tensión desde 0V hasta que el voltaje total sea V T = 25 V. La aguja en el instrumento SEW debe marcar V v = 10 V.

4 g. De no ser así, ajuste levemente el cursor del potenciómetro hasta que se de la condición del punto f. h. Saque entonces el potenciómetro y mida el valor reajustado de R s. R s = Ω i. Coloque de nuevo el potenciómetro reajustado en el circuito. j. Empiece a variar la tensión de la fuente a partir de 0 V y llene la tabla 1 con los valores del voltaje V v medidos en el SEW. k. Determine los valores de k = V T /V V. Tabla 1 Valores de Voltaje V T /V V v /V k 5.2 Ampliación de escala del amperímetro de 60 ma a 150 ma Determinación de la resistencia interna del amperímetro a. Monte del circuito de medición que dibujó Ud. en el punto 3.2. a. b. Coloque una resistencia de protección de 50Ω /5W en serie con la fuente. c. El amperímetro al cual se determinará su resistencia interna es un instrumento de hierro móvil cuya escala máxima es de 60 ma. d. Utilice el multímetro digital para medir la caída de tensión en el amperímetro, V A. e. Ajuste inicialmente la fuente en 0 V f. Aumente el voltaje de la fuente desde 0 V hasta que la medición de corriente en el amperímetro de hierro móvil sea I A = 60 ma. g. Mida la caída en el amperímetro V A = V. h. Con los valores medidos anteriormente calcule la resistencia interna del amperímetro R A, R A = Ω Determinación de la resistencia paralelo R p. necesaria para la ampliación de la escala. a. Monte el circuito de la Figura 4.2. Cuide que el voltaje de la fuente esté en 0V. b. Uilice el amperímetro de hierro móvil de 60 ma. como el amperímetro al cual se ampliará su escala de 60 ma a 150 ma

5 c. Utilice el multímetro digital como amperímetro para medir la corriente total I T del circuito. d. A partir del valor obtenido en el punto 5.2 h calcule el valor de la resistencia paralelo R p necesario para ampliar la escala del amperímetro a 150 ma R p = Ω e. Ajuste el potenciómetro al valor de R p calculado. f. Monte el potenciómetro, cuidando no mover su cursor. g. Conecte la fuente. h. Lleve la fuente hasta que el amperímetro de hierro móvil indique 60 ma. Para ésta medición la corriente total I T debe ser 150 ma. i. De no ser así, ajuste simultáneamente el potenciómetro y la fuente hasta que obtenga 60mA en el hierro móvil y 150mA en el digital. j. Saque el potenciómetro y mida su nuevo valor R p = Ω k. Monte el potenciómetro en el circuito y varíe la tensión de la fuente desde cero ajustando los valores de la corriente I T como se indica en la tabla 2. l. Mida y anote los valores de la corriente I A. m. Llene la fila para k = I T /I A. Tabla 2 Valores de Corriente I T /ma I A /ma K 6. Evaluación Compare siempre valores teóricos con prácticos y calcule el porcentaje de error. Justifique esas diferencias física y matemáticamente. 6.1 Ampliación de escala del voltímetro a. Compare el valor de R S calculado en c con el valor ajustado en h. Comente y justifique esa diferencia. b. Compare el valor reajustado (5.1.2.h) con el valor que se calcularía con la expresión obtenida por Ud. en 3.1.d. Verifíquela; para n = R S = Ω

6 c. Con los datos de la Tabla 1, dibuje sobre una misma línea recta horizontal, la escala para el voltaje total V T en la parte superior y la escala para el voltaje del voltímetro V v en la parte inferior. d. Compare las dos escalas dibujadas. Cuál fue la relación entre los voltajes (V T ) medidos y los valores correspondientes en la escala del SEW empleada? e. Qué resistencia R s debería usarse si se quiere ampliar la escala a un valor máximo de 18 V? f. Cuál es la función de la resistencia R s serie en el proceso de ampliación de la escala de un voltímetro? g. Qué infiere Ud. de los valores de k de la tabla 1? 6.2 Ampliación de escala del amperímetro a. Compare el valor R p calculado en el punto d con el ajustado en j. Comente y justifique la diferencia. b. Verifique el valor de R p usando la fórmula deducida por Ud. en el previo, punto 3.2.d. b. Con los datos de la Tabla 2 dibuje sobre una línea recta horizontal la escala para la corriente total en la parte superior y la escala de la corriente del amperímetro de hierro móvil de 60 ma por debajo. c. Compare entre sí las dos escalas dibujadas. Cuál fue la razón entre I T e I A? d. Cuánto debería valer R p si la corriente máxima que se quisiera medir fuera 100 ma (ampliación de escala a 100 ma). e. Qué función cumple en este circuito la resistencia R p? f. Comente los resultados obtenidos para k de la tabla 2. GOL-LPM

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