Práctica de Laboratorio Tema 3: Laboratorio Nº 2: MEDICIÓN CON MULTÍMETRO ANALÓGICO. Índice

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1 Práctica de Laboratorio Tema 3: Medidas Eléctricas: Instrumentos Analógicos Laboratorio Nº 2: MEDICIÓN CON MULTÍMETRO ANALÓGICO Índice 1 Medidas Eléctricas: Instrumentos Analógicos Introducción Teórica Multímetro Analógico Experimentor o Protoboard Laboratorio Nº 1: Medición con Multímetro Analógico Objetivos Materiales Experiencia Realizar ANTES de comenzar la práctica de laboratorio Realizar DURANTE la práctica de laboratorio Medición de resistencias: Medición de tensión: Medición de corrientes: Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 1 / 18

2 1 Medidas Eléctricas: Instrumentos Analógicos 1.1 Introducción Teórica Multímetro Analógico El multímetro analógico es un instrumento que permite medir diferentes variables eléctricas. En los aparatos más comunes, estas variables son las siguientes: tensiones o voltajes de corriente contínua y alterna; amperes en corriente continua y resistencias, actuando en esta última modalidad como óhmetro. Algunos modelos miden además: amperes de corriente alterna; decibeles (variable que mide la potencia en audiofrecuencias) y otros incorporan la medición de la ganancia estática de transistores (dispositivos amplificadores de amplio uso en electrónica). Estos multímetros poseen un instrumento de bobina móvil para mostrar el valor de la variable medida. El valor es mostrado mediante una aguja que se mueve sobre una escala graduada. Dicha aguja es solidaria a una bobina móvil que se desplaza en el interior de un campo magnético uniforme. Dicha bobina es recorrida por una corriente continua, y por ello su posición en la escala es análoga a la corriente aplicada. Una de las características que los distinguen y permiten determinar sus cualidades es la sensibilidad, la que se expresa en Ohms/Voltios: S = Ω/Volts. Este parámetro da una idea precisa de la bondad del multímetro, ya que es un indicador de la corriente necesaria para que el instrumento deflexione a plena escala. Por otro lado, no se debe olvidar que la potencia necesaria para que opere se extrae de la misma variable a medir. Tal es el caso de tensiones y corrientes. Una simple deducción indica que mientras menor sea la corriente (mayor sensibilidad), mejor será el aparato, ya que se cometerá un menor error en las mediciones. La sensibilidad más común en los multímetros actuales es la de 20KΩ/Voltio e indica que la máxima corriente continua que circulará por la bobina móvil para máxima deflexión es de 50μA (50 micro amperes) = Ib = 1Volt/20KΩ. Tal es el caso del aparato que se utilizará en el desarrollo de esta Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 2 / 18

3 Experiencia de Laboratorio. Se destaca que para corriente alterna (c.a) la sensibilidad disminuye, ya que se incorpora un puente rectificador (dispositivo que convierte la c.a en c.c); por ello dicha sensibilidad es de 8.000Ω/Volt, lo que indica que la corriente necesaria para máxima deflexión es de 125 μa. Otro dato que el alumno no debe olvidar es que la caída de tensión normalizada para la bobina de todos los instrumentos de bobina móvil y hierro móvil es de 0,1 Volt (100mV). La información de la sensibilidad como así también otros datos del aparato se muestran en la Figura 1. La misma es una copia del frente del multímetro que se utilizará para aprender a utilizarlo. Por otro lado se puede observar que en el cuadrante, en su parte superior está especificada la escala para su utilización como óhmetro. El valor cero ohm está a la derecha del lector y el valor infinito a la izquierda. Después posee un espejo para evitar el error de paralaje y posteriormente continúa la escala para la medición de tensiones y corrientes continuas. La misma está dividida en 50 divisiones lineales (coincide con los 50μA). Por ello los distintos rangos de tensiones y corrientes son múltiplos concordantes con las mismas. También es conveniente saber que el ángulo máximo de desviación es de 90 (recorrido de la bobina móvil en el interior del campo magnético uniforme y lineal). Este aparato posee los siguientes alcances para los voltajes de c.c: 2,5 Volt; 10 Volt; 50 Volt; 250 Volt y Volt. Para las corrientes también de c.c son: 5 ma; 50 ma; 500 ma y 10 Amper. Este último rango posee un borne independiente para el positivo y el terminal negativo es el mismo que para todos los otros alcances. En cuanto a los rangos de voltajes alternos, utiliza solamente una escala de color rojo y que está ubicada debajo de la de corriente y tensiones de c.c; los mismos son: 10 Volt; 50 Volt.; 250 Volt y Volt. Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 3 / 18

4 DC V O F F AC 10A Ω ADJ DC ma 2,5 10A ,5V 9V X 1K X10 X1 BUZZ OUT OHM COM/ +Ω BAT A Ω V Figura 1: Frente del Multímetro Analógico usado en práctica. Posee además dos posiciones para la prueba de pilas de 1,5 Volt y baterías de 9 Volt. Dicha prueba la realiza extrayéndole corriente a la pila y batería, o sea en carga. Finalmente, mediante una tabla dibujada la a derecha de la escala del instrumento, se relacionan las tensiones con los decibeles para la medición de potencia en audiofrecuencias. También posee un borne independiente para esta aplicación. Finalmente, en la parte inferior de la escala se encuentra el selector que elige la variable a medir con sus distintos rangos. La descripción anterior permite al alumno ubicarse con el multímetro para su uso. La experiencia de laboratorio consistirá en medir diferentes voltajes y corrientes de c.c. Para ello se utilizarán las fuentes de tensión y corriente constante. También se podrán medir diferentes valores de resistencias, para lo cual el multímetro posee tres rangos con una sola escala: Los rangos son Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 4 / 18

5 múltiplos especificados con: X1; X10 y X 1KΩ. Cabe acotar como otra información importante que la única escala dividida en 50 partes (en pintura negra) y la de c.a, también dividida en 50 partes pero dibujada en pintura roja e inmediatamente debajo de la anterior, poseen los mismos valores numéricos proporcionales al rango de medida (el color rojo es universal para c.a en todos los multímetros analógicos). Es importante que se tomen los recaudos necesarios al utilizar el multímetro para medir tensiones y corrientes. En primer lugar, no olvidar que las diferencias de potencial, se miden en paralelo con el circuito a medir!, Figura 2 (a), y las corrientes en serie con el mismo!, Figura 2 (b). Otra recomendación es que si no se conoce la magnitud a medir, convendrá colocar siempre el rango máximo. Posteriormente, si se observa que la variable es mucho más pequeña, se actuará sobre la llave selectora para adecuarla al valor a leer, pero teniendo cuidado de desconectar las puntas de prueba para realizar el cambio de escala!. Asimismo, cuando se miden corrientes, habrá que quitarle la alimentación al circuito para conectar las puntas de prueba, e incluso en cada cambio de rango. I R E = R1 V E = I A R2 (a) (b) Figura 2: Conexión de voltímetros y amperímetros. Cabe consignar los conceptos vertidos en clase: el voltímetro ideal es aquel que presenta una resistencia interna infinita; y el amperímetro ideal es aquel cuya resistencia interna es cero. Finalmente, el aparato que se utilizará no es ideal (S = 20KΩ/Volt) y en algunas mediciones se deben tener en cuenta las premisas vertidas. Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 5 / 18

6 1.1.2 Experimentor o Protoboard El Experimentor, o tableta experimental, es una herramienta que nos permite interconectar elementos electrónicos, ya sean resistencias, capacidades, semiconductores, etc., sin la necesidad de soldar las componentes. El Experimentor está lleno de orificios metalizados con contactos de presión en los cuales se insertan las componentes del circuito a ensamblar. La Figura 3 muestra la forma básica de un Experimentor. Figura 3: Vista frontal de un Experimentor. A) Canal central: Es la región localizada en el medio del Experimentor, se utiliza para colocar los circuitos integrados. B) Buses: Los buses se localizan en ambos extremos del Experimentor, se representan por las líneas rojas (buses positivos o de voltaje) y azules (buses negativos o de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no existe conexión física entre ellas. La fuente de poder generalmente se conecta aquí. C) Pistas: La pistas se localizan en la parte central del Experimentor, se representan y conducen según las líneas rosas. Si el circuito bajo prueba no funciona de manera satisfactoria, se puede modificar sin afectar los elementos que lo conforman. El Experimentor tiene una gran cantidad de orificios en donde se pueden insertar con facilidad los terminales de los elementos que conforman el circuito. Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 6 / 18

7 Es en la actualidad las placas de prueba más usadas están compuestas por bloques de plástico perforados y numerosas láminas delgadas -de una aleación de cobre, estaño y fósforo que unen dichas perforaciones, creando una serie de líneas de conducción paralelas. Las líneas se cortan en la parte central del bloque de plástico para garantizar que dispositivos en circuitos integrados, puedan ser insertados perpendicularmente a las líneas de conductores. En la cara opuesta se coloca un forro con pegamento, que sirve para sellar y mantener en su lugar a las tiras metálicas (Figura 4). Si se observa con detenimiento la placa se puede ver que los orificios están etiquetados con números en forma horizontal ( 1, 2, 3,. ) y con letras ( A, B, C, ) en forma vertical. Esto es así para evitar errores en la interconexión de los diferentes elementos del circuito. Para un uso eficiente del Experimentor se recomienda: Trabajar en orden. Utilizar las pistas horizontales superiores e inferiores para conectar la alimentación del circuito en prueba. Usar cable rojo para el positivo de la fuente y negro para el negativo. La alimentación del circuito se hace desde las pistas horizontales no directamente desde la fuente. Ordenar los componentes del circuito de manera que sea fácil la revisión posterior. Es recomendable evitar en lo posible que los cables de conexión que se utilicen entre dos partes del circuito sea muy larga y sobresalga de la placa. La Figura 5 muestra la conexión de resistencias en serie, la Figura 6 muestra la conexión de resistencias en paralelo y, por último la Figura 7 muestra un circuito compuesto de resistencias en serie y paralelo. Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 7 / 18

8 Figura 4: Vista frontal y posterior de un Experimentor. Figura 5: Resistencias en serie sobre un Experimentor. Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 8 / 18

9 Figura 6: Resistencias en paralelo sobre un Experimentor. Figura 7: Circuito armado sobre un Experimentor. Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 9 / 18

10 1.2 Laboratorio Nº 1: Medición con Multímetro Analógico Apellido y Nombre:.. Registro N.. EL ALUMNO, DE FORMA INDIVIDUAL, DEBE COMPLETAR ESTE INFORME. UNA PARTE DEL MISMO SE DEBE RESOLVER ANTES DE LA REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA, DURANTE EL HORARIO DE LABORATORIO SE COMPLETARÁ CON LAS MEDICIONES REALIZADAS. LO HARÁ CON LETRA CLARA Y PROLIJA Y SERÁ ENTREGADO AL FINALIZAR LA PRÁCTICA PARA SU EVALUACIÓN POSTERIOR Objetivos Que el alumno aprenda a medir tensiones y corrientes con un multímetro en diferentes condiciones y además medir resistencias. Que el alumno comprenda los errores que introduce el aparato de medición en los valores medidos de tensiones y corrientes del circuito Materiales Aportado por los alumnos: 1 Experimentor mediano Cables para conexión en experimentor 2 Resistencias de 1 KΩ 1 Resistencias de 2.2 KΩ 2 Resistencias de 100 Ω 1 Resistencias de 220 KΩ (para practica 2) 1 Resistencias de 560 KΩ (para practica 2) Disponible en el laboratorio: 1 Fuente de tensión continua 1 Multímetro analógico Resistencias a décadas Cables conectores banana-cocodrilo Cables conectores banana-banana Experiencia Realizar ANTES de comenzar la práctica de laboratorio Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 10 / 18

11 Dado las características del instrumento Sensibilidad: CC 20 KΩ/V, CA 9 KΩ/V Clase: CC 3%, CA 4% Determinar y completar la siguiente tabla para los distintos rangos. Rangos de Tensión para Corriente Continua: Rango Error Absoluto Máximo Resistencia Interna 2.5V 10V 50V Cálculo Cálculo 10V * V 20 KΩ/V*10 V 200 KΩ 50V * V 20 KΩ/V*50 V 1 MΩ 250 * V 20 KΩ/V*50 V 5 M KΩ 250V Rangos de Intensidad para Corriente Continua: Rango 2.5 ma 25 ma 250 ma Error Absoluto Máximo Cálculo 50 ma* ma 500 ma* ma 10A* A Dados el circuito mostrado en la Figura 8 se deberá calcular lo indicado en la tabla siguiente, adjuntando los cálculos realizados. Figura 8: Circuito con resistencias en paralelo. Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 11 / 18

12 Resultado R T I T V R1 V R Ω A = 30 ma 10 V 10 V V R3 V R4 V R5 I R1 20 I R2 10 ma I R3 I R4 I R5 Para los valores de tensión y corriente indicados determinar cuál será el Error Relativo Máximo (Error Relativo) de cada medición en función del rango indicado. Rango igual a 10 V Ecu. del Error Relativo Resultado Teórico Mínimo Máximo V R1 10 V 10V - 0.4V 10V + 0.4V Máximo 0.4 V /10 V 4 % V R4 10 V 10V - 0.4V 10V + 0.4V 0.4 V /10 V 4 % Rango igual a 50 V Ecu. del Error Relativo Resultado Teórico Mínimo Máximo V R1 10 V 10V - 2V 10V + 2V Máximo 2V /10 V 20 % V R4 10 V 10V - 2V 10V + 2V 2V /10 V 20 % Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 12 / 18

13 Rango igual a 250 V Ecu. del Error Relativo Resultado Teórico Mínimo Máximo V R1 10 V 10V - 10V 10V + 10V Máximo 10V /10 V 100 % V R4 10 V 10V - 10V 10V + 10V 10V /10 V 100 % Rango igual a 25 ma Ecu. del Error Relativo Resultado Teórico Mínimo Máximo Máximo I R1 20 ma 20mA- 2mA I R4 10 ma 10mA- 2mA I T 30 ma 30mA- 2mA 20mA+2mA (2mA/20mA)* % 10mA+2mA (2mA/10mA)* % 30mA+2mA (2mA/30mA)* % Rango igual a 250 ma Máximo Ecu. del Error Relativo Resultado Teórico Mínimo Máximo I R1 20 ma 20mA- 20mA I R4 10 ma 10mA- 20mA I T 30 ma 30mA- 20mA 20mA+20mA (20mA/20mA)* % 10mA+20mA (20mA/10mA)* % 30mA+20mA (20mA/30mA)*100 66,66 % Cuestionario: 1. Cómo debe ser la resistencia interna del voltímetro para que se cometa el menor error posible? Por qué? Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 13 / 18

14 2. Cómo debe ser la resistencia interna del amperímetro para que se cometa el menor error posible? Por qué? 3. En qué parte de la escala debe caer la aguja para que la medición sea más confiable? Por qué? 4. Qué debe hacerse antes de comenzar a medir una resistencia? Cómo se debe hacer para leer el valor de la misma? 5. Qué sucede en la medición de resistencia si se intercambian las puntas de prueba entre los terminales de la resistencia? Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 14 / 18

15 Realizar DURANTE la práctica de laboratorio Medición de resistencias: a) Coloque el multímetro en la posición óhmetro en la escala X1. Ajuste el valor del cero colocando las puntas en corto circuito. Considerando que R 1 = 100 Ω, R 2 = Ω, R 3 = Ω, R 4 = 1000 Ω y R 5 = 100 Ω, mida y anote los valores de resistencias anotándolos en la tabla siguiente. Repita para las escalas X10 y X1K. Recordar que cada vez que se cambia de rango hay que ajustar el cero. Resistencia X1 X10 X1K R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 Compare los valores de las resistencias obtenidos con el valor teórico. Qué conclusiones puede realizar?, Los valores medidos, están dentro de la tolerancia establecida por el fabricante? b) Arme el circuito de la figura Figura 8 en el Experimentor, sin conectar la fuente de alimentación. c) Mida los siguientes valores de resistencia y complete la tabla siguiente. Resistencia X1 X10 X1K R 2 // R 3 // R 4 R T Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 15 / 18

16 Compare los valores de las resistencias obtenidos con el valor teórico. Qué conclusiones puede realizar?, Medición de tensión: d) Utilizando una fuente de tensión constante de cc, conectará las puntas de prueba del multímetro, posicionado en el rango de 50 Volt en los bornes de la fuente. Variando el control de la fuente ajustará la fuente al valor indicado para el circuito anterior (12 V). Se debe respetar la polaridad. e) Alimente el circuito armado con la fuente de alimentación ya regulada en 12 V. f) Coloque el multímetro en la posición tensión continua en la escala 10 V y proceda a medir los diferentes valores de tensión indicados en la tabla siguiente. Repita para las escalas de 50 y de 250 V 10 V 50 V 250 V V R1 V R2 V R3 V R4 V R5 g) Suponiendo que los valores teóricos calculados son los verdaderos, para V R1 y V R2 calcular el Error de Relativo cometido en los distintos rangos: E % = [( teórico medido) / teórico] * 100 Rango de 10 V E %VR1 = [(3.33 V x V) / 3.33 V] *100 = X % Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 16 / 18

17 E %VR2 = [(6.67 V x V) / 6.67 V] *100 = X % Rango de 50 V E %VR1 = [(3.33 V x V) / 3.33 V] *100 = X % E %VR2 = [(6.67 V x V) / 6.67 V] *100 = X % Rango de 250 V E %VR1 = [(3.33 V x V) / 3.33 V] *100 = X % E %VR2 = [(6.67 V x V) / 6.67 V] *100 = X % Qué conclusiones puede realizar? Medición de corrientes: IMPORTANTE SI SE CONECTA EL MULTÍMETRO CUANDO ESTÁ EN LA ESCALA COMO AMPERÍMETRO EN PARALELO EL MISMO SE PUEDE DESTRUIR. h) Ajuste el multímetro para el rango de 25 ma de c.c. y conéctelo en serie con las resistencias y complete los datos en la siguiente tabla. Repita para el multímetro en el rango de 250 ma. 25 ma 250 ma I R1 I R2 I R3 I R4 I R5 I T Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 17 / 18

18 i) Suponiendo que los valores teóricos calculados son los verdaderos, para I T calcular el Error de Relativo cometido en ambos rangos: E % = [( teórico medido) / teórico] * 100 Rango de 25 ma E %IT = [(30 ma 28 ma) / 30 ma] *100 = 6.66 % Rango de 250 ma E %IT = [(30 ma 40 ma) / 30 ma] *100 = % Qué conclusiones puede realizar? Tema 3 Teoría de Circuitos Pag. 18 / 18