Uso de Equipos de Laboratorio e Instrumentos de Medida

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. GUERRERO-SÁNCHEZ. USO DE EQUIPOS DE LABORATORIO E INSTRUMENTOS DE MEDIDA

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Uso de Equipos de Laboratorio e Instrumentos de Medida Guerrero Anderson D., Sánchez Oscar L. [email protected] [email protected] Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá

Abstract—This paper will performance a small description, about the measuring instruments and scales which will make the circuits; therefore we can develop compare results obtained by theoretical modeling and simulations. In that way we are targeting a margin of error and percentage of confidence on the design, taking care of every aspect on laboratory, especially measuring equipment and the designer. Index Terms—Corriente, Señal, Tensión

B. Señales en AC Una señal AC o alterna es aquella donde el sentido de la corriente está cambiando frecuentemente con el paso del tiempo teniendo variaciones tanto positivas como negativas. La Fig. 2, muestra el comportamiento en el tiempo de una señal de voltaje sinusoidal que alterna sus ciclos entre positivos y negativos.

I. I NTRODUCCIÓN Los equipos utilizados en las practicas de laboratorios son la herramienta fundamental para la realización de medidas y recolección de datos adquiridos por medio de la practica y así comprobar dichos datos con los valores planteados teóricamente. El control y la gestión de estos equipos se plantea generalmente en conocer los diferentes procedimientos tales como puesta en marcha, calibración, recolección de datos y las precauciones de seguridad que se deben tener en cuenta para la protección tanto del equipo como de la persona que está haciendo uso del mismo. II. M ARCO TEÓRICO A. Señales en DC Las señales DC o continuas,son aquellas donde el flujo de corriente dentro del circuito va en la misma dirección.Estas señales se pueden representar como una función constante o que presenta variaciones en el tiempo donde estas variación son siempre positiva o negativa. En la Fig. 1 se representa una señal de voltaje DC.

Figura 2. Señal alterna AC

C. Señales periódicas Una característica importante de las señales es el periodo y la frecuencia. El periodo se define como el tiempo que transcurre para que dicha señal repita su ciclo, mientras que la frecuencia es el numero de ciclos completados en una unidad de tiempo dado. D. Características de las señales periódicas Amplitud: Es la magnitud entre el cero de la función y su máximo valor que alcanza. Valor Pico: El valor máximo o valor pico de una señal periódica se define como su amplitud máxima que alcanza en algún punto. El valor pico-pico se define como dos veces su valor máximo.

Figura 1. Señal continua DC

Valor medio: Teóricamente se define como la media algebraica de valores instantáneos en un periodo[1]. Z 1 T Vmed = v(t)dt (1) T 0


Valor Eficaz o RMS: Es un valor que llevado a valores continuos o DC produce el mismo efecto[1]. s Z 1 T 2 VRM S = v (t)dt (2) T 0 En la Tabla I, se muestran los datos obtenidos al calcular los valores RMS de una señal periódica a partir de (2). Tabla I VALOR RMS DE SEÑALES PERIÓDICAS Tipo de señal

Valor RMS

Sinusoidal Cuadrada Triangular

Vmax √ 2 Vmax Vmax √ q 3 2 Vmax 2

Sinusoidal desplazada

VA (R4 ||R5 + R3 ) R4 ||R5 + R2 + R3

(5)

VB (R4 ||R5 ) R4 ||R5 + R3

(6)

VC =

VA = 4.08V VB = 1.52V VC = 0.97V Los valores de tensión y corriente calculados teóricamente para el circuito de la Fig. 3, cuando Vi es una fuente DC de 12V están en la Tabla III respectivamente, estos valores se verificaron por medio de la simulación de la Fig. 4.

+ V02

q 2 Vmax + V02

Cuadrada desplazada

q Triangular desplazada

2 Vmax 3

+ V02

III. M ATERIALES E I NSTRUMENTOS R EQUERIDOS -

VB =

2

Figura 4. Simulación

Osciloscopio de 2 Canales. Un Generador de señales Un Multímetro Digital Tres Sondas Resistencias Potenciómetros φ A = µH NI =µ l

Para obtener los datos teóricos de tensión y corriente cuando la fuente Vi es AC, se calcularon los respectivos valores pico en cada una de las resistencias y posteriormente se transformaron en valores RMS con las ecuaciones de la Tabla I, estos datos calculados se muestran en las Tablas IV, V, VI y VII respectivamente.

B=

(3)

IV. D ISEÑO Y SIMULACIÓN Se diseñó el circuito de la Fig. 3, para ello se tuvo en cuenta que la potencia disipada por cada cada resistencia fuese menor a 0.5W .

V. M ETODOLOGÍA Y ACTIVIDADES A DESARROLLAR A. Medición de Resistencias En la Tabla II se consignan los valores de resistencia medidos en diferentes escalas. Tabla II VALOR MEDIDOS DE RESISTENCIAS Escala

R1 ____ Ω

R2 ____ Ω

R3 ____ Ω

R4 ____ Ω

B. Medición de tensión y corriente DC En la Tabla III se consignan los valores de corriente y tension medidos en cada resistencia utilizando con el multímetro, el osciloscopio y los datos teóricos. Tabla III VALORES DE TENSIÓN [V] Y CORRIENTE [mA] EN LAS RESISTENCIAS Figura 3. Circuito diseñado

Los valores de tensión en los nodos A, B y C se calcularon de (3)(4)(5) y se obtuvieron los respectivos voltajes VA , VB y VC . Vi (R4 ||R5 + R2 + R3 )||R6 VA = (4) R1 + (R4 ||R5 + R2 + R3 )||R6

Vin ____ V Resistencias R1 ____ Ω R2 ____ Ω R3 ____ Ω R4 ____ Ω R5 ____ Ω R6 ____ Ω

Multímetro VDC IDC

Osciloscopio VDC IDC

Teórico VDC IDC 7.92 2.4 2.56 0.54 0.55 0.54 0.97 0.29 0.97 0.25 4.1 1.85


C. Medición de tensión y corriente AC En el circuito de la Fig. 3 se emplea una fuente AC con un Vp = 4V a diferentes frecuencias, en la Tabla 4, se consignan los valores de tensión y corriente medidos sobre cada resistencia a una frecuencia f = 100Hz y en la Tabla V se consignan los datos una frecuencia f = 100kHz. Tabla IV VALORES DE TENSIÓN [V] Y CORRIENTE [mA] EN LAS RESISTENCIAS Vin ____ V Resistencias R1 ____ Ω R2 ____ Ω R3 ____ Ω R4 ____ Ω R5 ____ Ω R6 ____ Ω

Multímetro Vrms Irms

Osciloscopio Vrms Irms

Teórico Vrms Irms 1.87 0.57 0.6 0.13 0.13 0.13 0.23 0.07 0.23 0.06 0.96 0.44

Tabla V VALORES DE TENSIÓN [V] Y CORRIENTE [mA] EN LAS RESISTENCIAS Vin ____ V Resistencias R1 ____ Ω R2 ____ Ω R3 ____ Ω R4 ____ Ω R5 ____ Ω R6 ____ Ω




D. Medición de tensión y corriente AC + DC En el circuito de la Fig. 3 se emplea una fuente AC de 4Vp con un offset de 2V DC a una frecuencia de 100kHz, estos resultados se consignan en la Tabla VI. Tabla VI VALORES DE TENSIÓN [V] Y CORRIENTE [mA] EN LAS RESISTENCIAS Vin ____ V Resistencias R1 ____ Ω R2 ____ Ω R3 ____ Ω R4 ____ Ω R5 ____ Ω R6 ____ Ω




E. Medición de tensión y corriente señal AC Triangular Para este circuito la alimentacion es una fuente AC con una señal triangular de 4Vp a una frecuencia de 100Hz, los valores de tensión y corriente se consignan en la Tabla VII. Tabla VII VALORES DE TENSIÓN [V] Y CORRIENTE [mA] EN LAS RESISTENCIAS Vin ____ V Resistencias R1 ____ Ω R2 ____ Ω R3 ____ Ω R4 ____ Ω R5 ____ Ω R6 ____ Ω




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R EFERENCIAS [1] J. R. Martínez, "Elementos de importancia en los circuitos eléctricos", in Física y química, Ed: Mad, S.L, Sevilla, 2003, pp. 147.

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