Download Introducción y Reglamento al Laboratorio de Eléctrica

Prácticas
INTRODUCCION AL LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRICA
Objetivo
Conocer el laboratorio de ingeniería Eléctrica, incluyendo el reglamento de
laboratorio, las mesas de trabajo, fuentes de alimentación de c.a. y c.c. y
diversos aparatos de medición.
Laboratorio de Circuitos Eléctricos I
Ing. Luis Valenzuela
Prácticas
Introducción:
El laboratorio de ingeniería Eléctrica es un lugar en donde se efectúan
prácticas de diferentes materias de electricidad. Es muy importante que el
alumno aprenda a usar el equipo correctamente y con seguridad, desarrollando
buenos hábitos de trabajo.
Siempre debe estudiar la práctica que está por hacer y debe pensar
cuidadosamente el procedimiento, el método y la aplicación adecuada de
herramientas, aparatos de medición y máquinas.
CUIDADO: La electricidad es puede ser peligrosa e incluso fatal.
Note que la corriente es la que provoca el daño. Corrientes superiores a 100
miliamperes, es decir, una décima del ampere, son fatales. Una persona que ha
estado en contacto con corrientes superiores a 200 miliamperes puede sobrevivir
si se le da tratamiento rápido. Corrientes superiores a los 100 miliamperes
pueden tener efectos serios y dolorosos.
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Material y equipo utilizado:
Para iniciar la práctica, el alumno mediante un vale solicitará el siguiente
material:
1
1
1
1
10
4
Fuente variable c.c. 0-25/50 volts.
Analizador Simpson modelo 260.
Tablilla de resistencias fijas.
Puente de Wheatstone.
Cables para conexión cortos.
Cables para conexión Largos.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
El maestro dará a conocer al grupo el reglamento de laboratorio de
ingeniería Eléctrica a fin de que sus normas se cumplan correctamente
para evitar posibles daños a las personas y los equipos de trabajo.
El maestro mostrará el equipo y los dispositivos que se utilizaran en las
prácticas de laboratorio y explicará el funcionamiento y el uso adecuado
de los mismos.
a) Mesas de trabajo:
Las mesas de trabajo se componen de los siguientes módulos:






Fuente de alimentación general para la mesa, incluyendo lámpara
roja de señalización, para indicar que la mesa correspondiente está
energizada.
Fuente de alimentación trifásica de 220 volts c.a. entre fases.
Fuente de alimentación monofásica de 127 volts c.a. fase a neutro.
Vóltmetro de c.a. escala 0-300 volts.
Miliamperímetro de c.c. escala 0-50 ma.
Diferente instrumento para cada mesa de trabajo en el último.
b) Fuente variable de c.c. 0-25/50 volts.





Interruptor encender / apagar.
Calibración voltaje y número de salidas.
Dispositivos de protección
Dispositivos de medición, rango y precisión.
Forma de efectuar conexiones.
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c) Analizador Simpson modelo 260




3.
Medición de voltaje de c.a.
Medición de voltajes y corrientes de c.c.
Procedimiento de medición de resistencias:
o Código de colores.
o Analizador Simpson.
o Puente de Wheatstone.
o Método de volt-ampere.
Combinación correcta de selectores y carátulas.
El alumno entregará un reporte que contenga información completa
respecto a los conocimientos y experiencias adquiridas en la práctica, el
cual deberá contener:
a) Dibujos o esquemas de cada aparato, destacando cada uno de los
dispositivos, incluyendo carátulas, selectores de rango y selectores
de escala.
b) Nombre y descripción de las funciones que realiza cada aparato.
c) Explicación detallada del funcionamiento de cada dispositivo que
compone cada equipo.
EL PUENTE DE WHEATSTONE
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El circuito de este puente se utiliza para medir con precisión resistencias
de valor medio, esto es, en el intervalo de 1 a 1 M. En modelos comerciales
del puente de Wheatstone, son posibles exactitudes del orden de 0.1 %. El
circuito de puente se compone de 4 resistores, una fuente de voltaje de CD y un
detector. La resistencia de uno de los 4 resistores puede variar. La fuente de
voltaje de CD usualmente es una batería, misma que se indica mediante el
símbolo de batería para la fuente. El detector es por lo general un mecanismo
de d’Arsonval en el intervalo de micro amperes y se conoce como galvanómetro.
La batería y el detector, donde R1, R2 y R3 son resistores conocidos y Rx es el
resistor desconocido.
Para calcular el valor de Rx ajustamos el resistor variable R3 hasta que no
haya corriente en el galvanómetro. Calculamos después el valor del resistor
desconocido de la simple expresión.
RX 
R2
R3
R1
La deducción de la ecuación sigue directamente de la aplicación de las leyes de
Kirchoff al circuito de puente. Cuando ig es 0, esto es, cuando el puente esta
balanceado, la ley de corriente de Kirchoff requiere que
i1  i3 ,
i2  i X
En estas condiciones, debido a que ig es 0, no hay caída de voltaje en el
detector y, en consecuencia, los puntos a y b están al mismo potencial. De tal
modo cuando el puente esta balanceado, la ley de voltaje de Kirchoff requiere
que
i3 R3  i X R X ,
i1 R1  i2 R2
La combinación de las ecuaciones y con la ecuación produce
i1 R3  i2 Rx
Obtenemos la ecuación dividiendo primero la ecuación entre la ecuación y
resolviendo después la expresión resultante para RX:
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R3 R X

R1 R2
de la cual
RX 
R2
R3
R1
Resultan convenientes varios comentarios acerca del resultado. Primero
adviértase que si la proporción R2 / R1 es igual a la unidad, el resistor
desconocido RX es igual a R3. En este caso, el valor del resistor de puente R3
debe variar en un intervalo que incluye el valor de RX.
En un puente de Wheatstone comercial, R1 y R2 consisten en valores decimales
de resistencias que pueden conmutarse en un circuito del puente.
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CÓDIGO DE COLORES DE LAS RESISTENCIAS
Al dispositivo de circuito hecho especialmente para que tenga un valor específico
de resistencia entre sus extremos se le conoce como resistor o resistencia. Es
fácil comprar resistores cuyo valor este entre 0.01 y 107. Los resistores
individuales que se utilizan en electrónica a menudo tienen forma cilíndrica, con
unos cuantos milímetros de diámetro y de longitud, y con alambres que salen de
sus extremos.
La resistencia se señala mediante un código estándar de tres o cuatro colores
impresos cerca de uno de los bordes figura 2, de acuerdo con el esquema de la
tabla 3. Las primeras dos bandas (empezando con la mas cercana al extremo)
corresponden a dígitos, y la tercera es un multiplicador múltiplo de diez, como se
muestra en la figura 2. La cuarta banda, si la hay, indica la precisión del valor; si
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no existe, significa  20 %, una banda plateado 10% y una dorada,  5%. Otra
característica importante de un resistor es la potencia máxima que puede disipar
sin dañar.
Códigos de color para los resistores.
Color
multiplicador
Negro
Café
Rojo
Naranja
Amarillo
Verde
Azul
Violeta
Gris
Blanco
Valor como digito
Valor como
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
10
102
103
104
105
106
107
108
109
Tablilla de Resistencias
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MULTIMETRO SIMPSON
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CONOCIENDO AL MULTIMETRO
El multímetro de medición más importante y de mayor uso de todo profesional
de la electrónica. MULTIMETRO proviene de MULTI (varios usos), METRO
medida.
Efectivamente con le multímetro es posible efectuar varias mediciones tales
como MEDIR VOLTAJE, MEDIR CORRIENTE, MEDIR RESISTENCIA.
Cuando el multímetro se usa para medir voltajes recibe el nombre de
VOLTÍMETRO; cuando se usa para medir corriente se llama AMPERÍMETRO y
cuando se usa para medir resistencia se llama OHMETRO.
En la siguiente figura se ilustra un multímetro muy usado por el profesional de
electrónica. Se trata de un multímetro marca MICRONTA de 43 rangos.
A continuación se describen los puntos señalados en la figura.
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1. Carátula del medidor donde están las escalas para la lectura de las
distintas mediciones.
2. Ajuste de aguja para calibrar a (cero) en las escalas del lado izquierdo.
3. Control de ajuste para acerar la escala de Ohms.
Borne de conexión de la punta de prueba roja para mediciones de alto voltaje
hasta 1000 voltios de corriente directa.
Borne de conexión de la punta de prueba negra empleada como común para
todas las mediciones.
Perilla selectora de alcance y función.
Selector divisor de rangos.
Primeramente el estudio del multímetro quedará orientado al uso y aplicación
como Ohmetro, donde aprenderá a probar resistores, potenciómetros, fusibles,
conductores, etc..
Las escalas de la carátula tienen una estrecha relación con el selector de rangos
y función está en la indicación OHMS, y los números son el color verde. En ésta
área se encuentran las leyendas de multiplicación tales como: R*1, R*10, R*10K,
CONT.
RANGOS DE
MULTIPLICACION DE LA
ESCALA DE OHMS
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Para probar un resistor deberá hacerse contacto con las puntas de prueba del
ohmetro con el resistor como lo ilustra la siguiente figura.
Antes de iniciar la medición y cada vez que cambie de posición de rango
multiplicador del ohmetro, deberá ajustarse el aparato. Este ajuste consiste en
azerar el ohmetro uniendo las puntas de prueba. Al hacer esto la aguja se
moverá de (infinito) lado izquierdo, hacia la derecha (Ohms).
Si la aguja no indica exactamente cero Ohms usted deberá retocar el control de
azeramiento (Ohms AD) hasta lograr que la aguja indique exactamente cero
Ohms.
FORMA
DE
AJUSTAR A CERO
EL OHMETRO
Una vez ajustado el Ohmetro a cero, deberá colocar las puntas de prueba del
ohmetro en las terminales del resistor bajo prueba. Para leer el valor revelado
por el ohmetro multiplique lo que indica la aguja por la posición de la perilla de
rango y alcance Rx.
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PRACTICANDO LAS LECTURAS DE OHMS.
En la siguiente figura está la escala de OHMS, de acuerdo a la posición de la
aguja y el multiplicador es el valor de la lectura.
ESCALA DE OHMS
DE LA CARATULA
DE MOCRONTA DE
43 RANGOS
Si por ejemplo, la aguja se detiene en el valor 5 de la escala y el selector de
rango y alcance está en Rx10 usted deberá multiplicar 5*10 = 50 por lo que la
lectura será 50 Ohms.
PRECAUCIONES AL USAR EL OHMETRO
El multímetro en su función de Ohmetro es altamente sensible por lo que para
evitar lecturas erróneas es muy importante tomar en cuenta lo siguiente:
a) Cuando pruebe un resistor no tiene con los dedos de ambas manos el
resistor, ya que la pequeña corriente que aporta el ohmetro para medir
puede circular por su cuerpo causando lecturas incorrectas.
b) Nunca emplee el Ohmetro en circuitos activos (con corriente) ya que la
corriente externa dañará el medidor.
PRUEBAS DE CONTINUIDAD
Continuidad es el término que se aplica en Electrónica para indicar que por dicho
componente puede circular corriente.
Una falta muy común en los equipos electrónicos es que el cordón de línea se
abre interrumpiendo la alimentación del aparato. Desconectando el cordón de
alimentación.
Desconectando el cordón y empleando el ohmetro en el alcance R*1 podemos
saber si el cordón de línea esta en buen estado o no sirve.
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FORMA DE PROBAR EL CORDON DE LINEA DE UN APARATO
ELECTRONICO
Hay dos tipos de voltajes empleados en electrónica; el voltaje de corriente
alterna y el voltaje de corriente directa.
Dos tipos de voltajes usados en circuitos eléctricos y electrónicos
El Voltaje de corriente alterna es el que tenemos en los tomacorrientes de
nuestras casas y el Voltaje de corriente directa es el que nos proporciona pilas y
baterías. Corriente directa se abrevia D.C. (C.D.), A.C. (C.A.)
Cuando decimos voltaje de corriente directa, esto queda abreviado DCV o bien
voltaje de corriente alterna ACV. Cuando se habla de intensidad (Amperaje) de
corriente directa, entonces se abrevia DCA. El instrumento que mide la
intensidad de corriente directa se llama Amperímetro el cual también forma parte
del Multímetro.
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El selector de función y alcance deberá colocarse en la posición del valor de
Voltaje máximo que desee medirse e igualmente en la sección apropiada, si es
para corriente directa o para corriente alterna.
SELECCIONADO EL RANGO DE MULTIMETRO PARA MEDIR VOLTAJES
DE CORRIENTE DIRECTA O AMPERAJES DE CORRIENTE DIRECTA O
BIEN VOLTAJES DE CORRIENTE ALTERNA.
Nótese en la figura como el rango de medición para voltajes de corriente directa
son de 0.25 voltios a 1000 voltios. Para mediciones de voltaje de corriente
alterna son de 10 voltios a 1000 voltios. Para las mediciones de intensidad de
corriente directa son de 50 micro amperes hasta 10 amperes.
Si vamos a medir voltajes de corriente alterna (ACV) usted empleará los rangos
ACV como puede verse en la siguiente figura. También se puede apreciar como
deberán ser conectadas las puntas de prueba en el multímetro igualmente cómo
hacer la medición de voltaje.
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COMO DEBERAN SER CONECTADAS LAS PUNTAS EN EL MEDIDOR
SELECTOR DE FUNCION Y ALCANCE PARA ACV, MANERA DE MEDIR EL
VOLTAJE.
Las puntas de prueba deberán ser conectadas como sigue: la punta de prueba
negra en la terminal marcada como negativo- COM y la punta de prueba roja en
la terminal positiva +V – Ohms – A.
Es importante se tenga la precaución de no tocar con los dedos las puntas de
prueba en los extremos sin aislante ya que podría recibir una descarga eléctrica.
Antes de medir el voltaje (la tensión) de un circuito usted deberá tener por lo
menos la idea de cuantos voltios se van a medir para que el selector de función y
rango sea colocado en el valor correcto. Así pues, si usted va a medir un voltaje
de 25 voltios, deberá seleccionar el alcance para voltios ya que en ésta posición
el medidor estará ajustado para registrar un valor máximo de medición hasta de
50 voltios. Con ello no se correrá el riesgo de ir a fundir el aparato.
Si usted va a medir el voltaje totalmente desconocido, como precaución deberá
seleccionar un valor de medición lo más alto que pueda; por ejemplo 100 voltios.
Luego vaya disminuyendo el alcance de su medidor hasta lograr la deflexión de
la aguja hasta aproximadamente un 50% de deflexión de la aguja.
CÓMO LEER LOS VOLTAJES
Las lecturas se hacen en la carátula del medidor en las escalas graduadas para
tal efecto. Existe estrecha relación entre la perilla selectora de función y alcance
y las escalas en la carátula como se puede notar en la siguiente figura.
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HAY UNA ESTRECHA RELACION ENTRE EL SELECTOR Y LAS ESCALAS
EN LA CARÁTULA DEL MEDIDOR.
Si usted selecciona la posición 10 puede efectuar mediciones de cero a 10 voltios
y donde deberá leer será en la escala graduada de cero a diez con graduaciones
0,1,2,4,6,8,10.
Si ahora usted coloca el selector de alcance en 50, deberá leer la escala
graduada, 0,10,20,30,40,50.
Si colocamos el selector en 250, entonces usted tendrá que leer en la escala
graduada, 0,50,100,150,200,250.
Cuando se emplea el alcance de 1000 voltios en corriente alterna no es necesario
trasladar la punta de prueba a otro punto de conexión en el medidor, en cambio,
cuando se va a emplear el alcance de mil voltios de corriente directa, es cuando
se hace necesario el traslado de la punta roja a otro punto de conexión.
Para las mediciones de voltaje de corriente directa usted tiene las opciones de
alcances tales como: 0.25, 2.5, 10, 50, 250, 1000. Veamos nuevamente la escala
y comparémosla con la posición del selector de alcance y función como lo vemos
en la siguiente figura.
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PARA MEDIR VCD EXISTE RELACION ENTRE EL SELECTOR Y LA
CARÁTULA.
Si el selector de alcance es ajustado para leer un valor máximo de .25 voltios, la
escala para leer deberá ser la de cero a 250 voltios donde los 250 voltios se
convierten en .25 voltios, 200 = .2, 150=.15, 100 = .1, 50 = 0.5
Si seleccionamos el alcance de lectura para 10 voltios, leeremos en la escala
graduada 10,8,6,4 y 2.
Si medimos en la escala de cincuenta voltios, leeremos en la escala de
50,40,30,20,10.
Si medimos en la escala de 250 voltios, emplearemos para leer la misma escala
leyéndose en la forma como está graduada 250, 200, 150, 100, 50.
Para ésta medición las puntas deberán permanecer conectadas en el mismo
punto. Observe en la figura.
Cómo en la misma posición del selector es también para medir una tensión de
mil voltios.
Si quiere medir una tensión de 1000 (mil voltios), la posición del selector es la
misma que para 250 voltios, solamente deberá hacer un movimiento de conexión
en la punta de prueba roja. Trasladándola del punto (+V Ohms A). Hacia el
borne de conexión marcado (+DC 1000 V). Ver la figura siguiente. La punta de
prueba negra deberá permanecer
CUANDO MIDA VCD TENGA CUIDADO CON LAS POLARIDADES EL
CABLE ROJO SIEMPRE CORRESPONDE AL POSITIVO Y EL NEGRO AL
NEGATIVO.
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EL INTERRUPTOR DE DOBLE RANGO.
Un interruptor así permite dividir entre dos las escalas de medición de voltaje de
corriente directa, intensidad de corriente directa y escalas de voltaje de corriente
alterna. Este interruptor se localiza a la izquierda de su medidor.
TRABAJANDO CON EL SELECTOR DE DOBLE RANGO
El selector de doble rango trabaja dividiendo entre dos escalas, por ejemplo si el
selector de alcance lo tenemos para medir 50 voltios, ésta misma escala la
podemos convertir en una escala de cero a veinticinco voltios si movemos el
selector de doble rango hacia la izquierda, marcado como V- A/2, entonces
leeremos en 205 = 25 voltios.
PRECAUCIONES IMPORTANTES AL USAR EL MULTIMETRO
Su medidor es muy sensible y por lo tanto tiene un alto riesgo de irse a dañar si
usted no le da el uso apropiado.
Nunca mida en un circuito donde haya corriente. Baterías y alimentación deberán
ser retiradas de la unidad cuando trabaje en escalas de Ohms.
Nunca aplique voltaje o corriente alternos cuando su medidor esté preparado
para medir intensidades de corriente directa.
Seleccione siempre en el medidor un valor de voltaje superior al que pretenda
medir.
Mientras no tenga en uso su medidor coloque el selector de alcance en posición
OFF (apagado).
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PRECAUCIONES QUE DEBE TENER AL EMPLEAR SU MEDIDOR.
Otras precauciones no menos importantes son las que se ilustran en las
siguientes figuras. Evitar manejos bruscos, el polvo, el agua y los campos
magnéticos.
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REGLAMENTO DEL LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRICA
1. Queda estrictamente prohibido fumar, introducir bebidas o alimentos en
áreas de trabajo.
2. La práctica no se llevará a cabo sin la presencia del jefe de laboratorio,
instructor de laboratorio o en ultima instancia del maestro que imparte la
materia correspondiente.
3. El material o equipo será entregado mediante la elaboración de un vale
correspondiente a uno de los integrantes del equipo, pero todos participan
con él en derechos y obligaciones.
4. Será objeto de nulificación de la práctica, el alumno que se le sorprenda
haciendo o provocando desorden.
5. Se le considerará falta para el alumno si se presenta 15 minutos después de
la hora fijada para el desarrollo de la práctica.
6. No se podrá reponer ninguna práctica.
7. El reporte de la práctica correspondiente deberá ser entregado al profesor en
la siguiente sesión de laboratorio.
8. El reporte de la práctica deberá contener lo siguiente:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Portada
Número y título de la práctica
Material y Equipo utilizado
Teoría Básica
Desarrollo
Cálculos y respuestas a las preguntas
Conclusiones
Bibliografía
9. La presentación del reporte será individual y NO por equipos.
10. La calificación aprobatoria del laboratorio será de 70% del total de las
prácticas.(Asistencia, Reportes).
11. Es necesario aprobar laboratorio para aprobar la materia
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Cables de Conexión
Fuente de Voltaje
Conclusión:
Medición del voltaje y la corriente.
Cuando se trabaja con circuitos reales, a menudo es necesario efectuar
menciones de voltaje y corriente.
Un amperímetro es un instrumento diseñado para medir corriente; se pone en
serie con el elemento de circuito cuya corriente va a medir. Un voltímetro es un
instrumento diseñado para medir voltaje; se conecta en paralelo con el elemento
cuyo voltaje se va a medir.
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Un amperímetro o voltímetro ideal no tiene efecto en la variable que va a medir.
Esto es, un amperímetro ideal tiene una resistencia equivalente de 0 y
funciona como un corto circuito en serie con el elemento cuya corriente se va a
medir. Un voltímetro ideal tiene una resistencia equivalente infinita, por ello,
funciona como un circuito abierto en paralelo con el elemento cuyo voltaje va a
medirse. Las configuraciones para un amperímetro que se utiliza en la medición
de la corriente en R1 y para un voltímetro que se emplea para medir el voltaje en
R2.
Existen dos amplias categorías de medidores que se utilizan para medir voltajes
y corrientes continuas: medidores digitales y medidores analógicos. Los
medidores digitales miden la señal de voltaje o corriente continua en puntos
discretos en el tiempo, denominados los tiempos de muestreo. La señal se
convierte de tal modo partiendo de una señal analógica, la cual es continua en el
tiempo, en una señal digital que existe sólo en instantes de tiempos discretos.
Sin embargo, es probable que se calculen y usen los medidores digitales en los
laboratorios debido a que ellos ofrecen varias ventajas en comparación con los
medidores analógicos. Introducen menos resistencia en el circuito al cual se
conectan, son más fáciles de conectar y la precisión de las mediciones es mayor
debido a la naturaleza del mecanismo de lectura.
Los medidores analógicos se basan en el mecanismo del medidor d’Arsonval que
implementa el mecanismo de lectura. Un mecanismo d’Arsonval formado por una
bobina móvil colocada en el campo de un imán permanente. Cuando fluye
corriente por la bobina, ésta crea un momento de torsión sobre la misma,
provocando su rotación y el movimiento de la aguja a través de una escala
calibrada. Por diseño, la deflexión de la aguja indicadora es directamente
proporcional a la corriente en la bobina móvil. La bobina está caracterizada tanto
por el valor nominal de voltaje como por un valor nominal de corriente. Por
ejemplo, un mecanismo de un medidor comercial tiene los valores nominales de
50 mV y 1mA. Esto significa que cuando la bobina está conduciendo 1mA la
caída de voltaje a través de la misma es 50 mV y la aguja indicadora se desvía a
su posición de escala máxima.
Un amperímetro analógico consiste en un mecanismo d’Arsonval en paralelo con
un resistor.
El propósito de un resistor en paralelo es limitar la cantidad de corriente en la
bobina del mecanismo derivando parte de ella a través de Ra. Un voltímetro
analógico consiste en un mecanismo d’Arsonval que tiene un resistor conectado
en serie. Aquí, el resistor se usa para limitar la caída voltaje en la bobina del
medidor. En ambos medidores, el resistor añadido determina la lectura de
máxima escala del mecanismo del medidor.
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A partir de estas descripciones vemos que un medidor real no es ideal; tanto el
resistor añadido como el mecanismo del medidor introducen resistencia en el
circuito al cual se conecta el medidor. En realidad, cualquier instrumento que se
utiliza para efectuar mediciones físicas extrae energía del sistema mientras las
efectúa. Cuanto más energía extraen los instrumentos, tanto más severamente
se perturba la medición. Un amperímetro real tiene una resistencia equivalente
que no es cero, y por ello añade efectivamente resistencia al circuito en serie con
el elemento cuya corriente esta midiendo el amperímetro. Un voltímetro real
tiene una resistencia equivalente que no es infinita por lo qué añade en forma
efectiva resistencia al circuito en paralelo con el elemento cuyo voltaje se está
midiendo.
Que tanto estos medidores perturban el circuito que se esta midiendo depende
de la resistencia efectiva de los medidores en comparación con la resistencia del
circuito. Por ejemplo, con el empleo de la regla de 1/10 la resistencia efectiva de
un amperímetro no debe ser mayor que 1/10 del valor de la resistencia mas
pequeña en el circuito para asegurar que la corriente que se esta midiendo es
casi la misma con o sin el amperímetro. Sin embargo, en un medidor analógico,
el valor de la resistencia esta determinado por la lectura de máxima escala
deseada que interesa llevar a cabo, y no puede elegirse en forma arbitraria.
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