P. P.Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MAR ÍA FA C U L T A D D E C I E N C I A S E I N G EN I ER Í A S FÍ S I C A S Y F O R M A LE S P . P . I N G EN I E R I A M EC A N I C A , M E C A NI C A EL E C T R I C A Y M EC A T R O N IC A SESION 4: DISEÑO, AMPLIACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DE UN AMPERÍMETRO DE DC I.-OBJETIVO: Convertir un mecanismo de medición en un medidor de corriente de diferentes rangos. Diseñar y comprobar experimentalmente el valor de los shunts necesarios para construir el miliamperímetro de diferentes alcances. Conocer el procedimiento a seguir para la ampliación de rango de un amperímetro. II.- MARCO TEÓRICO:. Un amperímetro es un instrumento de medición que indica la magnitud de la corriente eléctrica, por medio de la desviación de la aguja. El amperímetro directo es aquel por la que circula toda la corriente eléctrica a través del sistema móvil (mecanismo de medición). Por razones que se explican a continuación, el alcance de este tipo de instrumento no puede ser grande, ya que la densidad de la corriente eléctrica que circula por los resortes antagonistas que sirven a la vez para conducir la corriente hacia el sistema móvil, es de poco valor. Por estas razones la máxima intensidad de corriente admisible para este tipo de amperímetro no sobrepasa los 0.5 Amperios. La mínima corriente que deflecta toda la escala es de 10 uA. Para medir corrientes mayores que admite el sistema móvil, se conectan en paralelo resistencias de valor conocido, llamados shunts, tal como se muestra: Donde: In : corriente máxima que se desea medir en uno de los alcances. i : corriente máxima que circula por el sistema móvil Rsn :Resistencia shunts para un rango determinado r : resistencia interna del sistema móvil para determinar la resistencia shunts de los diferentes alcances, se emplea la siguiente formula: Donde : n = In / i se le llama relación del shunt del instrumento De acuerdo con la expresión hallada anteriormente la resistencia shunts es inversamente proporcional a (n-1). Como por otra parte la ampliación del campo de medida es grande (por lo tanto n es grande), resulta que la resistencia shunt ha de ser muy pequeña. Guía de Medidas Eléctricas – Ing. Chani Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Debido a errores de temperatura que se pudieran presentar se le conecta una resistencia adicional Rad en serie, de manganina a la bobina del instrumento Ri = r + Rad Donde La resistencia adicional se elige de forma que se obtenga un milivoltimetro para valores fijos máximos de medida; por ejemplo: 30, 45, 60, 100, 120, 150, 300 mV. Ejemplo: El alcance de medida de un amperímetro construido para 150 mV, cuya resistencia interior vale: Ri = r + Rad = 2 Se ha de ampliar para medir hasta 60 A. ¿Cuál es la resistencia shunts o en derivación que se necesita? 1º Hallamos “n”: = In/i i =0.15 / 2 = 0.075 A n = 60 / 0.075 = 800 2º Hallamos Rsh Rsn = 2 / (800-1) = 0.0025 Los shunts pueden estar incluidos directamente en el aparato de medida o en otros casos, se conectan a dicho aparato mediante conductores de conexión. Los shunts no solo se calibran por la intensidad de corriente que pueden absorber, sino por la caída de tensión que producen; de esta forma pueden utilizarse todos los shunts y aparatos de medida que produzcan igual caída de tensión. Generalmente, los shunts que se utilizan con aparatos portátiles o de laboratorio, están previstos para una caída de tensión en el shunt de 60 mV. En los aparatos de medidas industriales y de cuadro se han normalizado las siguientes caídas de tensión: 30, 45, 60, 100, 120, 150, 300 mV. Se construyen shunts para alcances de medida comprendidos entre 1 A y 10000 A. Según su exactitud, los shunts se clasifican en cinco clases: 0.05; 0.1; 0.2; 0.5 y 1.0%. En lo que se refiere a su disposición constructiva, se puede indicar lo siguiente (se acostumbran a fabricarse de manganina): - Para pequeñas corrientes (hasta 20 A): alambres o cintas tensadas - Para corrientes medias (hasta 200A): una o dos cintas o chapas tensadas. - Para corrientes elevadas (hasta 1000 A): dos o mas chapas paralelas o alambres de 5 a 8 mm de diámetro. Para corrientes muy elevadas (hasta 10000 A): tres o más chapas paralelas. Aunque las resistencias en derivación o shunts pueden aplicarse indistintamente a medidas en corriente continua y en corriente alterna, en la práctica se emplean casi exclusivamente para medidas en corriente continua. Para las medidas en corriente alterna de corrientes grandes se utilizan los transformadores de medida. Los shunts se emplean sobretodo para la ampliación de campo de medida de los amperímetros, es decir, para la medición de intensidades de corriente. Naturalmente, también se utilizan en aquellos aparatos y dispositivos de medida provistos de circuitos amperimétricos (vatímetros, medidores de energía, etc). III.-ELEMENTOS A UTILIZAR: Un Miliamperímetro de corriente continua de10mA Un multímetro digital, Un Amperímetro digital patrón de corriente continua. Resistencias de diferentes valores, de acuerdo al diseño del instrumento 1000Ohmios, 44 ohmios, 10 ohmios Cables de conexión. Un variac monofasico Una fuente rectificadora IV.-PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: a) Se utilizara el miliamperímetro instrumento) de 10 mA (como galvanómetro del como pantalla del instrumento. b) Se calculará la resistencia shunts para los rangos de 1 y 3 A, con una valor de la resistencia adicional de 1Kohmio. c) Una vez determinadas las resistencias de diferentes valores se procederá a instalarlas según el siguiente circuito. La resistencia de carga RL, se calibrara a su mayor valor (44ohmios). d) Variar la fuente de tensión para 04 valores diferentes en cada rango, anotar la corriente que indica el amperímetro patron (Ipatron)( amperímetro digital) y la corriente del miliamperímetro (i) hasta conseguir su máxima escala. e) Luego se utilizara el multímetro para realizar medidas comparativas y de esta manera parametrar la escala del nuevo instrumento. P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica Rango de 1 A Rango de 3 A Rs =10,030 n= 100 V Rs=10 n =100 i Ipatron 5,6 11,3 16,9V 28,3V 39,1V 55,3V 0,09 0,19A 0,28A 0,150A 0,69A 1A 1mA 2ma 3Ma 5,mA 7mA 10mA I=ni V 0,09 0,19 0,28 0,150 0,69 1 i Ipatron 17V 35V 51,8V 85,6V 117,4V 164V 0,3V 0,63mA 0,94mA 1,56A 2,14A 3,61A I=ni 3mA 6mA 9mA 15mA 21mA 30mA 0,3 0,63 0,94 1,56 2,14 3,61 V.-CUESTIONARIO: 1. ¿Qué es un miliamperímetro? 2. Adjunte los cálculos de los diseños del miliamperímetro, para los rangos realizados. 3. ¿Cuál es la función de la resistencia Shunt? 4. ¿Qué precauciones debe tener para el uso del amperímetro? 5. ¿Qué pasaría si no se realizara una buena conexión con la resistencia shunts, cuando se esta efectuando la medición de corriente? 6. Demostrar la fórmula para encontrar el valor de la Resistencia de shunt. 7. Comparar las lecturas de la corriente patrón y la corriente medida con el shunt. Hallando el error absoluto, relativo porcentual. Expliques las diferencias. 8. ¿Qué características eléctricas deben reunir las resistencias Shunts Amperimétricos y que materiales se usan en su fabricación? Explique. 9. Podría medirse intensidades de corriente del orden de los kiloamperios utilizando resistencias shunts amperimétricos? Explique 10. ¿Cuál es la principal aplicación que se les da a las resistencias shunts? VI.-OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor numero de palabras, 05 de cada una. VII.-BIBLIOGRAFÍA. Indique la bibliografía o página Web utilizada.