Instrumentos de medición de tensión eléctrica

Electricidad. Electrónica industrial. Multímetro análogo y digital. Osciloscopia de rayos catódicos. Circuitos rectificadores. Diodo. Resistencia. Transformador. Rectificador

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INSTRUMENTACIÓN ELÉCTRICA

Medición de tensión con diferentes instrumentos de medida

MULTÍMETROS ANALOGOS

De todas las herramientas y equipos que un electricista pueda poseer en su banco o en su maletín de trabajo, probablemente el más útil sea el multímetro. Con un multímetro, analógico o digital, se pueden realizar mediciones de voltaje, corriente y resistencia, realizar pruebas de continuidad, etc. Para ello, todo lo que se necesita es colocar el selector en la posición correcta.

Existen multímetros analógicos y multímetros digitales. Los multímetros analógicos son los mas comunes por su sencillez, portabilidad y tamaño compacto. Además son más baratos que los multímetros digitales y resultan más convenientes de emplear en ciertas situaciones, por ejemplo cuando es necesario medir cambios de voltaje o de corriente.

Los multímetros analógicos vienen en una gran variedad de formas tamaños y presentaciones. No obstante, la mayoría tiene en común los siguientes elementos.

  • Un par de puntas de prueba que comunican el instrumento con el circuito bajo prueba.

  • Escalas análogas y aguja. Indican el valor numérico de la cantidad eléctrica que se esta midiendo.

  • Selector de función. Permite seleccionar la naturaleza de la medida, es decir si se trata de un voltaje o una corriente AC o DC, o simplemente una medición de resistencia.

  • Selector de rango. Permite seleccionar el rango de valores a ser medido. En la mayoría de multímetros análogos ,modernos, el selector de rangos y el selector de función están integrados en un solo interruptor y, por tanto, las dos operaciones se hacen al tiempo.

En general, todos los multímetros analógicos emplean una bobina móvil la cual se encarga de desplazar una aguja. El montaje físico se conoce como cuadro móvil o instrumento de D´Arsonval y consta de una bobina de alambre muy fino arrollada sobre un tambor que se encuentra montado entre los polos de un imán permanente, cuando circula una corriente directa a lo largo de la bobina, el campo magnético generado por el paso de la corriente directa a lo largo de la bobina, el campo magnético generado por el paso de la corriente interactúa con el campo magnético del imán.

La fuerza resultante de esta interacción provoca que el tambor gire y por consiguiente, desplace la aguja. La magnitud de la deflexión de la aguja es un indicador de la cantidad de corriente que circula por la bobina. Más exactamente, la deflexión de la aguja es directamente proporcional a la cantidad de corriente que circula a lo largo de la bobina. Si se necesita una corriente de 100*A para conseguir que la aguja se desplace hasta alcanzar el máximo valor de la escala, entonces una corriente de 50*A producirá un desplazamiento de la aguja igual a la mitad del desplazamiento máximo.

Los multímetros análogos tienen normalmente una posición de utilización. Esta ultima es generalmente horizontal, aunque existen excepciones donde la posición podrá ser vertical o con algún otro ángulo de inclinación. El fabricante siempre indicará el ángulo de inclinación a utilizar para realizar mediciones correctas.

Los multímetros análogos se ofrecen generalmente con algunos accesorios que permiten la realización de mediciones especiales. Dos de los accesorios más comunes son la pinza de medición de corriente y la punta de alto voltaje. La pinza de medición de corriente se coloca alrededor del alambre por el que circula la corriente cuyo valor quiere medirse, eliminando así el problema de tener que abrir el circuito. En este caso, es el campo magnético de la corriente el que se utiliza para medir el valor de esta. Este tipo de amperímetro solo es capaz de medir corriente alterna y se utiliza en general para medir la corriente de la línea de alimentación de 50 o 60Hz. Actualmente existen pinzas amperométricas para ambas corrientes (son en general digitales y por efecto Hall)

La punta de alto voltaje se emplea para medir voltajes relativamente altos, superiores en muchos casos a 30kV. Básicamente, se trata de una resistencia multiplicadora externa acoplada al voltímetro DC del instrumento. El valor de esta resistencia depende de la sensibilidad del equipo y del rango de medida. Por ejemplo, una punta de alto voltaje de 30kV para un instrumento de 20k*/V y un rango de 1000V requiere una resistencia de 580M*

MULTÍMETROS DIGITALES

Los multímetros digitales se caracterizan por poseer una pantalla numérica que da automáticamente la lectura con punto decimal, polaridad y unidad (V, A o *). En general, los multímetros digitales ofrecen mejor exactitud y resolución que los multímetros análogos y son más confiables y fáciles de usar. Vienen en una gran variedad de presentaciones y, además de voltaje, corriente y resistencia, en muchos casos pueden también medir frecuencia, capacitancia, inductancia otras cantidades eléctricas.

Un multímetro digital típico se compone básicamente de una pantalla, una perilla selectora y los bornes para conectar la puntas de prueba. En muchos casos, la perilla selectora es sustituida por interruptores del tipo a presión (push-button).

La mayoría de los fabricantes de multímetros digitales ofrecen una variedad de accesorios opcionales para sus instrumentos que extienden los rangos o la utilidad de los mismos. Entre estos accesorios figuran puntas de prueba de alto voltaje, puntas de medición de corriente, dispositivos de medición de luz, etc. La selección de los accesorios depende de sus necesidades de medición particulares.

OSCILOSCOPIO DE RAYOS CATÓDICOS

El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.

con el osciloscopio podemos realizar básicamente esto:

  • determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.

  • Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.

  • Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.

  • Localizar averías n un circuito.

  • Medir la fase entre dos señales.

  • Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y lo utilizan desde técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transportador adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.

Los hay analógicos y digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical pero proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analogico-dígital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla

Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente)

A primera vista un osciloscopio se parece a una pequeña televisión, salvo una rejilla que ocupa la pantalla y el mayor numero de controles que posee. En la siguiente figura mostramos algunos controles

MEDICIONES Y SUS ERRORES

Cuando medimos, por ejemplo una tensión de red de 220V esto significa que la tensión de la red es 220 veces mayor que la red unidad fijada como 1V. En realidad, cuando medimos lo que hacemos es comparar con otras magnitudes. Lo mismo podemos decir de todas las demás medias, o sea, que determinamos cuántas veces está contenida la unidad en la magnitud a medir. Para proyectar, controlar y reparar es preciso realizar medidas. Sin embargo al medir pueden aparecer errores que afectaran a la exactitud de la medida.

Los errores de medida pueden ser de dos tipos: errores absolutos (E) y errores relativos (e) error en tanto por ciento.

CIRCUITOS RECTIFICADORES

en la técnica de potencia se precisan, además de corrientes alternas, también tensiones y corrientes continuas, por ejemplo, para accionar determinados motores. Estas magnitudes se obtienen básicamente por rectificación de corrientes alternas mono y polifásicas.

Rectificar es convertir un corriente alterna en continua.

DIODOS

Los diodos son unos componentes muy utilizados en la electrónica y forman parte de un grupo de componentes llamados “los semiconductores” o “componentes se estado sólido”.

Un diodo funciona como una puerta electrónica de una sola vía. Este deja pasar la corriente en una sola dirección. De esta forma nos permite convertir corriente alterna (CA), en corriente continua (CC).

Un diodo es un componente electrónico formado por dos elementos: el ánodo y el cátodo.

La circulación de la corriente esta determinada por la

polarización del elemento. Esta se establece gracias al voltaje que se aplique al diodo. El voltaje aplicado se denomina voltaje de polarización.

RESISTENCIAS

Son los componentes más comunes en los circuitos electrónico y los de más bajo costo. Se fabrican aprovechando la propiedad que tiene todos los materiales de ofrecer cierto grado de oposición al paso de la corriente y se emplean para controlar el paso de ella en los circuitos electrónicos.

La fabricación de la resistencia que fue empleada en la experiencia es de carbón que en realidad son las de uso común en electrónica debido a que este material posee una alta resistencia lo cual permite que sean físicamente pequeñas pero que ofrezcan un alto grado de oposición al paso de la corriente.

EL TRANSFORMADOR

Maquina eléctrica que se compone de dos bobinados, el primario y el secundario, sin contacto eléctrico entre ellos y devanados sobre un núcleo de hierro. Al conectar el primario de un transformador a una tensión alterna el flujo magnético estará variando continuamente e inducirá una tensión alterna en el secundario.

LABORATORIO 1

Objetivo: Realizar mediciones de tensión continua con el osciloscopio y con tester análogo o digital y comparar la precisión de las mediciones obtenidas.

Materiales

  • 1 protoboard

  • 4 Diodos 1N4007

  • 1 resistencia de 0.67K*

  • 1 tester digital

1

  • 1 transformador monofásico con toma central

  • tester análogo

  • 1 osciloscopio

  • chicotes banana - banana

  • chicotes banana - caimán

  • alambre telefónico

RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA

Tabla de valores

VCA

VCC

Tester digital

12.7 V

5.25 V

Tester análogo

13 V

5.2 V

Osciloscopio

16 V

8 V

PUENTE RECTIFICADOR MONOFÁSICO

Tabla de valores

VCA

VCC

Tester digital

12.4 V

9.8 V

Tester análogo

12 V

10 V

Osciloscopio

16 V

8 V

LABORATORIO 2

Objetivo: Realizar mediciones de tensiones trifásicas rectificadas con el osciloscopio y con tester análogo o digital y comparar la precisión de las mediciones obtenidas.

Materiales

  • 3 transformadores monofásico

  • 1 protoboard

  • 6 Diodos 1N4007

  • 1 resistencia de 0.56K*

  • 1 tester digital

  • 1 tester análogo

  • 1 osciloscopio

  • chicotes banana - banana

  • chicotes banana - caimán

  • alambre telefónico

RECTIFICADOR TRIFÁSICO DE MEDIA ONDA

Tabla de valores

VCA

VCC

Tester digital

22 V

26 V

Tester análogo

22 V

28.5 V

Osciloscopio

33 V

30 V

PUENTE RECTIFICADOR TRIFÁSICO

Tabla de valores

VCA

VCC

Tester digital

21.7 V

27 V

Tester análogo

22 V

27.5 V

Osciloscopio

32 V

30 V

CONCLUSIONES

Se pudo comprobar el proceso de rectificación de los diodos 1N4007 en los distintos circuitos que se realizaron.

De los circuitos rectificadores el más simple de todos es el rectificador monofásico de media onda, pero de el podemos guiarnos y comprender fácilmente como es el proceso de rectificación, como es que un diodo solo deja pasar la corriente en un solo sentido mientras que se comporta como “circuito abierto” en el otro sentido.

Ahora, siguiendo con el circuito anterior, este, si se conecta tal como se dio en el presente informe, durante el semiciclo positivo de la señal alterna, permite el paso de corriente mientras que durante el semiciclo negativo, no lo permite. Pues bien esta señal que logramos de este circuito es una señal pulsátil (de hecho, en todos logramos esta señal). Las semiondas senoidales que aparecen se llaman pulsos de tensión.

Una tensión o una corriente se denominan pulsátiles cuando presentan una serie de pulsos que se repiten periódicamente y cuya duración t es menor que el período T.

Analizando los circuitos vemos que el rectificador monofásico en puente posee unos valores característicos mejores que el de media onda monofásico de media onda. Este circuito se utiliza frecuentemente para la obtención de potencias de continua pequeñas y medias, pues proporciona una tensión continua ideal de valor elevado. Para la obtención de grandes potencias de continua se suele utilizar el rectificador trifásico en puente, pues presenta valores característicos favorables, análogos al rectificador monofásico en puente.

Ahora, con respecto a los instrumentos, es frecuente el hecho de que instrumentos de medida distintos indiquen valores diferentes para tensiones medidas de la misma forma, como en nuestro caso. La diferencia entre estos depende de la estructura y del funcionamiento de los diferentes instrumentos de medida.

Una observación es que las mediciones de VCA fueron realizadas al secundario del transformador mientras que las de VCC directamente a la carga.

1

R1

R1

L3

L2

L1

d3

d2

d1

R1

Ánodo

Cátodo

d6

d5

d4

d3

d2

d1

R1

L3

L2

L1