Año:... Alumno:... Comisión:... MEDICIONES ELECTRICAS I Trabajo Práctico N 1 Tema: INSTRUMENTOS. ERRORES. CONTRASTE DE AMPERÍMETRO Y VOLTÍMETRO. Conceptos Fundamentales: Las indicaciones de los instrumentos de medición no se conservan inalterables en el transcurso del tiempo, debido a modificaciones internas del aparato y a influencias externas. Nunca debe confiarse a ciegas en las indicaciones de los instrumentos, sino que estos han de someterse a modificaciones de comparación o contrastaciones para que podamos estar convencidos de su exactitud. Por lo tanto, podemos decir que contrastar es comparar las mediciones de dos instrumentos, con el objeto de verificar si las mediciones realizadas por uno de estos es confiable. Esto significa saber si el instrumento se encuentra en clase. Para esto comparamos el instrumento a contrastar con un instrumento de una clase menor. Las principales fuentes de error de los instrumentos son: Errores Graves: debido a malas lecturas y ajuste incorrecto de los instrumentos. Errores Instrumentales: producto del estado de los instrumentos y de los efectos del mismo. Errores Ambientales: son los que se producen por cambios de temperatura del medio y por campos magnéticos y eléctricos externos. Errores Personales: son los producidos por malas técnicas de medición, error de paralaje y cualquier otro erros producido por el ser humano en la apreciación de las lecturas. Debido a estos errores los instrumentos sufren alteraciones, con lo cual para seguir utilizando el instrumento, debemos determinar los errores que se cometen en los diferentes puntos de la escala mediante la técnica de contrastación.
Si consideramos lo siguiente: α x : Indicación del instrumento a contrastar. α p : Indicación del instrumento patrón. α pe : Indicación a plena escala del instrumento a contrastar. Podemos definir algunos conceptos importantes que serán utilizados a lo largo del curso: Error Absoluto: Si tenemos dos valores de lectura, de los cuales uno lo consideramos como correcto (α p ) y lo otro incorrecto (α x ), llamamos error absoluto a la diferencia entre el valor falso y el valor correcto: Error Relativo: Es el cociente entre el error absoluto y el considerado como correcto de la medición. El error relativo porcentual e r % equivale al error relativo multiplicado por cien. Clase: La clase de un instrumento es el límite de tolerancia porcentual a plena escala que garantiza el fabricante. Es un indicador de la cantidad del instrumento. De acuerdo a las clases, los instrumentos se clasifican en: Instrumentos Patrones: Clase 0,1;0,2. Instrumentos de Laboratorio: Clase 0,1; 0,2 y 0,5. Instrumentos de uso General: Clase 1,0 y 1,5. Instrumentos de Tablero: Clase 2,5 y 5,0. Error de Clase: es el error absoluto para toda la clase y esta dado por: Donde: C: Clase del Instrumento. A: Alcance del Instrumento. Es conveniente por esto realizar las lecturas de las mediciones en el último tercio de la escala del instrumento, para aprovechar la calidad del mismo.
Este valor es un indicador si el instrumento está en clase, es decir sí sus mediciones son confiables, ya que sí el instrumento se encuentra fuera de clase, implicando que este pierda su confiabilidad al tomar mediciones. Por lo tanto: Error a plena escala Porcentual: Esta dado por el cociente entre el error absoluto de la medición y la lectura máxima realizable con el instrumento. Corrección: Es igual al error absoluto en cuanto al valor numérico, pero de signo contrario. Entonces podemos decir que: Valor correcto= Valor Falso + Corrección. Curva de Contrastación: En esta curva graficamos en el eje de las abscisas las lecturas del instrumento que desea contrastar, y sobre el eje de las ordenadas las lecturas del instrumento tomado como patrón.
MEDICIONES ELECTRICAS I Trabajo Práctico N 1- Ensayo de Laboratorio Tema: INSTRUMENTOS. ERRORES. CONTRASTE DE AMPERÍMETRO Y VOLTÍMETRO. Contraste de Amperímetros Para el contraste de amperímetros, debemos conectar el o los amperímetros a contrastar en serie con el amperímetro que lo tomamos como patrón, según se muestra en la figura. En este esquema podemos ver que existen dos resistencias variables R G y R F, que sirven para realizar un ajuste grueso y fino de la corriente a medir, respectivamente. Contraste de Voltímetros Para el contraste de voltímetros, debemos conectar el o los voltímetros a contrastar en paralelo con el voltímetro que lo tomamos como patrón, según se muestra en la figura siguiente. En este esquema podemos ver que existe un Autotransformador Variac, que sirven para variar la tensión a medir.
Desarrollo del Ensayo El contraste se realiza de la siguiente manera: Luego de implementar el circuito de contraste de amperímetros y voltímetros se procede a tomar las mediciones como se indica a continuación. En ambos casos (contraste de amperímetros y contraste de voltímetros), se varía continuamente la magnitud a medir en forma creciente y decreciente. Se toman mediciones en diferentes puntos de la escala de los instrumentos tomando como referencia la lectura del instrumento a contrastar y leyendo la lectura de ambos instrumentos (patrón y a contrastar), para luego realizar la curva de contraste con los valores promedios de las lecturas de cada instrumento. Con todas las mediciones se procede a llenar el siguiente cuadro de valores. Cuadro de Valores Valores crecientes Valores decrecientes Valores Promedios αx [V] αp [V] αx [V] αp [V] αx [V] αp [V] fx [V] Cx [V] er [%] epe [%] Tomar los datos de todos los instrumentos utilizados. Realizar las curvas de contraste correspondientes. Sacar Conclusiones. Desarrollo Teórico 1) Explicar el principio de funcionamiento de los siguientes instrumentos: a) Instrumentos de Bobina Móvil b) Instrumentos de Hierro Móvil 2) Definir: a) Exactitud b) Precisión c) Sensibilidad
MEDICIONES ELECTRICAS I Trabajo Práctico N 1- Ejercicios Tema: INSTRUMENTOS. ERRORES. CONTRASTE DE AMPERÍMETRO Y VOLTÍMETRO. Ejercicios de Errores Problema 1: En un voltímetro clase 0,2 y alcance 480[V] se lee 110[V]. a) Qué error absoluto en voltios se comete? b) Entre qué márgenes está el valor medido? Problema 2: Se mide una tensión con un voltímetro de poca calidad y se obtiene una lectura de 83 v. Posteriormente se realiza la misma medición con un instrumento de excelente calidad, obteniéndose un valor de 78 v. Calcular los errores absoluto, relativo y porcentual. Problema 3: En un amperímetro de alcance 10[A] y clase 0,5 se leen: 9[A], 5[A], 2,5[A], 1[A]. a) Calcular el error porcentual en cada caso. b) Qué conclusiones puede sacar? Problema 4: Realice la propagación de error cuando se obtiene en forma indirecta el valor de una potencia, y luego el valor de una resistencia, a partir de las mediciones de tensión y corriente, utilizando en ambos casos los mismos instrumentos. Problema 5: En un voltímetro de alcance 120[V] y clase 0,1 Cuál es el máximo error absoluto tolerable para que no salga de clase?. Problema 6: Calcular el error absoluto y el error relativo en los siguientes casos: a) Voltímetro: Clase 1,0 y Alcance 200[V]. Valores medidos: U 1 = 35[V], U 2 = 110[V], U 3 = 180[V]. b) Amperímetro: Clase 0,5 y Alcance 5[A]. Valores medidos: I 1 = 0,85[A], I 2 = 1,5[A], I 3 = 4,5[A]. c) Expresar los valores medidos con el error correspondiente. Problema 7: Se mide tensión en bornes de un circuito de alta impedancia de salida, con dos voltímetros de distintas sensibilidades. Voltímetro A: Sensibilidad 6000 ohm/voltio, Alcance 120[V], Lectura 95,6[V].
Voltímetro B: Sensibilidad 20000 ohm/voltio, Alcance 120[V], Lectura 105,0[V]. a) Cuál es la tensión del modelo Thevenin y la impedancia en serie Z th? b) Si el voltímetro B es de clase 0,5 Cuál es el error porcentual de la lectura? c) Cuál es el error porcentual que se cometería que se cometería al asumir la lectura del voltímetro B como la tensión de Thevenin? Problema 8: La tensión entre terminales de una red de C.C. se mide primero con un voltímetro A de alcance 75[V] y sensibilidad 2000 ohm/voltio. Luego, después de desconectar el voltímetro A se mide con el voltímetro B de alcance 100[V] y sensibilidad 2000 ohm/voltio. Sí el voltímetro A indica 50[V] y el voltímetro B indica 52[V], Cuál es la tensión de vació entre los dos terminales? Problema 9: Al medir varias veces la misma diferencia de potencial se obtuvieron sucesivamente los siguientes valores: 60[V], 60,2[V], 59,7[V], 60,3[V], 59,5[V]. Calcular el resultado de la medición y su cota de error. Problema 10: una resistencia se mide por el método voltímetro - amperímetro. La lectura del voltímetro es de 80[V] en la escala de 250[V] y la lectura del amperímetro es de 7[A] en la escala de 10 [A]. Ambos instrumentos son de clase 0,5. Calcular el valor de la resistencia y los límites dentro de los cuales se puede garantizar el resultado. Considerar la pérdida de potencia de los instrumentos como despreciable. Problema 11: Se emplea el multímetro digital HP 34401 A para la medición de 500[V] y corriente de1,5[a]. Calcular: a) Error relativo de las mediciones para el uso del mismo en C.C. y C.A. (50[Hz]). Nota: (Tomar los valores garantizados para 1 año de calibrado). b) En base a los resultados obtenidos señalar los dígitos cuya lectura es dubitativa para el instrumento de 6 1/2 dígitos y 4 1/2 dígitos.
Año:... Alumno:... Comisión:... MEDICIONES ELECTRICAS I Trabajo Práctico N 1 Tema: INSTRUMENTOS. ERRORES. CONTRASTE DE AMPERÍMETRO Y VOLTÍMETRO.