Consideraciones Prácticas en las Mediciones de Baja Resistencia Eléctrica

Transcripción

1 Consideraciones Prácticas en las Mediciones de Baja Resistencia Eléctrica Ben-Hur Morales Soto Felipe León Hernández Márquez Laboratorio del Ohm Centro Nacional de Metrología

2 Contenido 1. Motivación 2. Introducción 3. Problemas y fuentes de error en mediciones de baja resistencia eléctrica 4. Conclusiones

3 Motivación Contribuir en la solución de problemas de medición de baja resistencia eléctrica. Contribuir en aclarar los puntos de confusión en la medición de baja resistencia eléctrica.

4 Introducción Resistencia Eléctrica: es la propiedad que presentan todos los materiales de oponerse a la circulación de la corriente eléctrica a través de ellos. Unidad: Ohm Símbolo: Ω (V/A) En unidades de base del SI: Ley de Ohm: Entonces: R I V I V R ( kg)( m 3 ( s )( A 2 2 ) )

5 Problemas y fuentes de error en mediciones de baja resistencia FEMs térmicas Resistencia de cables Resistencia de contacto Autocalentamiento (Joule)

6 FEMs térmicas Fuerza Electromotriz Térmica Metal A Unión Metal B Temperatura A Temperatura B

7 FEMs térmicas Materiales Unidos Cu Cu Cu Ag Cu Au Cu Pb/Sn Cu - CuO Coeficiente Seebeck 0.2 µv/ C 0.3 µv/ C 0.3 µv/ C (1 3) µv/ C ~ 1000 µv/ C Algunos coeficientes Seebeck entre el cobre y otros materiales. Entre mayor es el coeficiente, mayores serán las FEMs térmicas.

8 Cómo se eliminan? FEMs térmicas Inversión del sentido de la corriente I V FEM +V R 1.- V + = RI + V FEM 2.- V - = -RI + V FEM I I V FEM R -V V V V 2 R

9 FEMs térmicas Otro método para cancelar FEMs térmicas: Compensación de offset I R V FEM V1 V 1 =V R +V FEM V 2 =V FEM V R =V 1 -V 2 =IR I=0 R V FEM V2

10 Resistencia de cables Comúnmente se mide un resistor a dos terminales con un óhmetro. Ω R V R Resistencia de cables (1 mω mω)

11 Si R 1 kω Resistencia de cables Medición a dos terminales Rc V V R I V V R R Rc

12 Si R < 1 kω Resistencia de cables Medición a dos terminales Rc V V R I V V R R Rc

13 R < 1 kω Resistencia de cables Medición a dos terminales Resistencia de cables (1 mω mω) Si R = 100 Ω y Rc = 100 mω, entonces error = 0.1 % o 1000 µω/ω Rc V V R I V V R R Rc

14 Para R 100 Ω Resistencia de cables Medición a cuatro terminales INDISPENSABLE PARA BAJA RESISTENCIA! Rc V V R I V Rc Rc V R R Rc

15 Resistencia de cables Medición a cuatro terminales Rc Rc I I G Z ent V M I M V R I R R Rc Rc Como Z ENT es grande (>10 MΩ), I M 0, I I R. La caída de tensión V M V R. Entonces R V M /I

16 Resistencia de Contacto Una elevada resistencia de contacto puede deberse a capas de óxido en los contactos. Las capas de óxido se forman más rápidamente con el calor. Limpieza a cables y conectores de cobre con fibra abrasiva. Utilizar alcohol isopropílico o con bajo contenido de agua para limpieza. Tener cuidado con los cables que tienen una capa de plata o de oro, sólo limpieza superficial.

17 Autocalentamiento P=I 2 R

18 Autocalentamiento P MAX =1 W En aceite P MAX >10 W En aire P MAX =10 W En aceite

19 Desviación con respecto al valor nominal ( µω/ω) Tiempo de estabilización Ix=100 A Desviación con respecto al valor nominal vs. tiempo 1 mω 00:00:00 00:05:00 00:10:00 00:15:00 Tiempo en minutos Resistor inmerso en baño de aceite mineral a 25 C

20 Desviación con respecto al valor nominal ( µω/ω) Tiempo de estabilización 320 Ix=100 A Desviación con respecto al valor nominal vs. tiempo 1 mω :00:00 00:15:00 00:30:00 00:45:00 01:00:00 01:15:00 Tiempo en minutos Resistor expuesto al medio ambiente a 23 C

21 Desviación con respecto al valor nominal 1 mω (µω/ω) Desviación con respecto al valor nominal ( µω/ω) Temperatua ( C) 320 Desviación con respecto al valor nominal vs. tiempo 1 mω Tiempo de estabilización Temperatura del derivador vs. tiempo :00:00 00:15:00 00:30:00 00:45:00 01:00:00 01:15:00 23 Tiempo en minutos :00:00 00:15:00 00:30:00 00:45: :00:00 01:15:00 Tiempo en minutos Desviación del valor nominal del derivador vs. temperatura Temperatura ( C)

22 Desviación del valor nominal (µω/ω) Coeficientes de temperatura Coeficiente de temperatura 100 mω y = x x Beta Alfa Temperatura normalizada a 25 C Resistor en baño de aceite mineral a 25 C

23 Desviación del valor nominal (µω/ω) Desviación del valor nominal (µω/ω) Coeficientes de temperatura -45 Coeficiente de temperatura 10 mω y = x x Coeficiente de temperatura 10 mω y = -0.48x x Temperatura normalizada a 25 C Temperatura normalizada a 25 C

24 Desviación del valor nominal (µω/ω) Desviación del valor nominal (µω/ω) Coeficientes de temperatura 40 Coeficiente de temperatura 1 mω Coeficiente de temperatura 1 mω 20 y = x x Temperatura normalizada a 25 C 0 y = x x Temperatura normalizada a 25 C

25 Diferencia con respecto al valor nominal (µω/ω) Coeficiente de potencia Resistor 10 mω Corriente Ix (A)

26 Diferencia con respecto al valor nominal (µω/ω) Coeficiente de potencia Resistor 10 mω y = x Potencia Px (W)

27 Desviación con respecto al valor nominal 100 mω (µω/ω) Coeficiente de potencia Comportamiento de un resistor de 100 mω a distintas corrientes "0.145 A" "0.316 A" "0.5 A" "0.75 A" "1 A" 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 Tiempo (horas) 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

28 Desviación con respecto al valor nominal 100 mω (µω/ω) Coeficiente de potencia Comportamiento de un resistor de 100 mω a distintas corrientes "0.145 A" "0.316 A" "0.5 A" "0.75 A" "1 A" :00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 Tiempo (horas) 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

29 Medidas para reducir errores en mediciones de baja resistencia eléctrica Minimizar el efecto de FEMs térmicas. Utilizar la configuración a cuatro terminales. Cuidar limpieza de cables para mantener resistencias de contacto en valores mínimos. Utilizar cables adecuados para corriente elevada y cables adecuados para medición de tensiones bajas. Considerar coeficientes de temperatura y de potencia de resistores. Considerar tiempo de estabilización de cada resistor. Acoplar al derivador de corriente un termopar o termistor para ver su comportamiento contra temperatura.

30 Conclusiones La medición de baja resistencia implica tomar en cuenta algunos detalles que resultan importantes para una buena práctica de medición. Saber qué se quiere medir y la incertidumbre que se quiere obtener nos marcan el grado de detalle con el que se debe analizar un sistema de medición

31 Gracias por su atención.