Download LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº2

LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº2
RECONOCIMIENTO DEL MULTÍMETRO Y MEDIDAS DE VOLTAJE
INTEGRANTE:
JAVIER ANDRES MOLINA DAZA
ALVARO ENRIQUE RINCONES ALFARO
SANDRA CAMPO DUQUE
SAHARAY DIAZ HERRERA
LIC. JUAN PACHECO FERNÁNDEZ
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLOGIAS
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
ELECTROMAGNETISMO
GRUPO: 11
VALLEDUPAR
2015
TABLA DE CONTENIDO

PRESENTACION

OBJETIVO GENERAL

MATERIALES

MARCO TEORICO

PROCEDIMIENTO

PREGUNTAS PARA EL ANALISIS

ANALISIS Y RESULTADO

CONCLUSION

BIBLIOGRAFIA
PRESENTACIÓN
Las primeras mediciones de voltaje se hicieron con un instrumento conocido como
galvanómetro, que es una herramienta que se usa para detectar y medir la
corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que
produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la
corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. El término "galvanómetro" se
hizo común desde 1836, se deriva del apellido del investigador italiano, Luigi
Galvani, quien descubrió que la corriente eléctrica podía hacer mover las patas de
una rana ya muerta.
El multímetro es un instrumento eléctrico que permite medir magnitudes eléctricas
como corrientes, potenciales, resistencias, capacidades y otras. Las medidas
pueden realizarse para corriente continua o alterna. Este instrumento tiene un
antecedente llamado AVO (Amperímetro, Voltímetro y Óhmetro). Actualmente los
modelos analógicos de los multímetros han evolucionado poco respecto a los
primeros modelos incluyendo además la medida de la capacidad de los
condensadores y algunas características de los transistores. Los multímetros
digitales, en cambio, son cada vez más sofisticados pero siempre incluyen como
base el fundamento del analógico.
En ingeniería dispositivos como el multímetro son muy útiles, para el siguiente
laboratorio veremos el funcionamiento y uso de éste, además, comprobaremos
desde el punto de vista experimental la teoría de los conceptos planteados en la
hoja guía.
OBJETIVO GENERAL
 Reconocer el multímetro y medir voltaje.
MATERIALES
CANTIDAD
NOMBRE
ESPECIFICACION
2
Multímetro
Multímetro UT33C
1
Fuentes reguladora de voltaje
Color amarilla
Tabla 1: Materiales para la experiencia de laboratorio.
Figura 1: Fuente reguladora de voltaje.
Figura 2: Multímetro UT33C
MARCO TEÓRICO.
A continuación se presentan todos los principios y conceptos eléctricos necesarios
para la comprensión, realización y explicación de todos los procesos y resultados
obtenidos en esta práctica experimental.
MULTÍMETRO.
Un multímetro, también denominado polímetro o tester, es un instrumento eléctrico
portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y
potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las
medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes
de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los
digitales cuya función es la misma.
Algunos multímetros (tester) cuentan separadamente con un selector de función o
tipo de magnitud a medir (voltaje, corriente, resistencia) así como con un selector
de tipo de señal a medir, corriente continua (CC) o corriente alterna (AC). En otros,
todas estas funciones se encuentran agrupadas en un solo selector donde, la
medición de voltaje o intensidad tanto en CC como en AC, tienen cada uno su
propio rango de escala en un mismo selector.
TIPOS DE MULTÍMETRO.
Actualmente existen dos tipos de multímetro: uno analógico y otro digital. En
cualquiera de los casos, los instrumentos poseen un selector de escalas, a los
efectos de seleccionar el rango de medición.
Multímetro analógico. Es un instrumento especial para laboratorios, de campo
especializado, muy útil y variable. Es capaz de medir voltajes en AC y CC,
corriente, ganancia de transistor, caída de voltaje de diodos, resistencia,
capacitancia e impedancia. Mediante el principio del galvanómetro y su
funcionamiento, cuenta con una aguja que se mueve sobre una escala. Los
aparatos digitales son habitualmente más resistentes que los analógicos, pero
también tienden a malograrse si se les pone en una escala menor a la señal. En
estos instrumentos el movimiento del órgano indicador es, generalmente, de
izquierda (cero) a derecha, salvo en el óhmetro en que el cero se encuentra a la
derecha.
Figura 3: Multímetro Analógico.
Multímetro digital. Este aparato usa los circuitos para convertirlos de valores
analógicos a valores digitales para luego mostrarlo en una pantalla. En estos
últimos años, los multímetro más usados son los digitales, pero también los
analógicos no fueron dejados atrás ya que brindan una más rápida respuesta
gracias al movimiento de la aguja, cosa que uno digital no puede brindar.
Figura 4: Multímetro Digital.
USOS DEL MULTÍMETRO.
El multímetro puede ser utilizado como un voltímetro, un amperímetro o un
óhmetro, según se utilice para medir voltaje, corriente o resistencia eléctrica,
respectivamente. Existen multímetros que incluyen otras aplicaciones como la
medición de temperatura, continuidad, etc.
* El voltímetro.
El voltímetro es un aparato que mide la diferencia de potencial o voltaje entre dos
puntos. La unidad de medida es el Voltio (V). La diferencia de potencial (ddp)
puede ser medida en CC o AC, según la fuente de alimentación utilizada. Existen
varios tipos de voltímetros según su funcionamiento, como: los voltímetros
electromecánicos, voltímetros digitales, osciloscopios y potenciómetros. Del
mismo modo, también pueden ser analógicos o digitales.
La diferencia de potencial se ve afectada por la presencia del voltímetro. Para que
este no influya en la medida, debe de desviar la mínima intensidad posible, por lo
que la resistencia interna del aparato debe de ser grande, ya que de esta forma la
intensidad que circula por el voltímetro se considera despreciable. En la actualidad
existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando
unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos
circuitos que cumplan esa función.
Como precaución, inicialmente se debe verificar el tipo de señal suministrada por
la fuente de alimentación y constatar que el selector de escala se encuentre en la
posición adecuada, AC o CC. Posteriormente se debe estimar por medio analítico
el valor del voltaje a medir, y con ello seleccionar el rango de escala adecuado. Si
no es posible estimar esta magnitud, se debe seleccionar la escala de mayor
rango posible y luego de obtener una medición, adecuar el rango de escala hasta
conseguir el valor más preciso.
-Conexión del voltímetro.
Para efectuar correctamente esta medida, el voltímetro se coloca en paralelo entre
los puntos cuya diferencia de potencial se desea medir (Figura 3). Para el caso de
corriente continua, se debe tener en cuenta la polaridad para la conexión del
instrumento. Para ello, los cables del mismo se hallan diferenciados por su color
siendo, por convención, el color rojo para la polaridad positiva y el color negro para
la polaridad negativa.
Para el caso de instrumentos analógicos, al invertir la polaridad se observará que
la aguja deflexionará en sentido contrario (de derecha a izquierda), lo que puede
causar deterioro del mecanismo de medición del instrumento. Para instrumentos
digitales, al invertir la polaridad se observará en el display el valor de la medición
con un signo negativo.
Figura 5: Conexión del Voltímetro en un circuito.
* El amperímetro.
Un amperímetro es un instrumento para medir la intensidad de corriente eléctrica
que fluye sobre una rama de un circuito eléctrico, tanto en corriente continua (CC),
como en corriente alterna (AC). La unidad de medida es el Ampere (A). En
términos generales, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para
detectar pequeñas cantidades de corriente), con una resistencia en paralelo,
llamada "resistencia shunt".
Un tipo especial de amperímetro es la pinza amperimétrica, la cual que permite
obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la
corriente.
La intensidad de corriente se ve afectada por el amperímetro. Entonces, para
evitar una alteración significativa de la corriente que se va a medir, el instrumento
debe tener una resistencia muy baja, ya que al ser muy pequeña permitirá un
mayor paso de electrones para su correcta medida.
Del mismo modo, como precaución, se debe verificar el tipo de señal suministrada
por la fuente y se debe estimar el valor de la corriente a medir para seleccionar el
rango de escala adecuado.
-Conexión del amperímetro.
Para obtener esta medida, el instrumento se debe colocar en serie con la rama a
medir para que de esta forma sea atravesado por dicha corriente (Figura 4). Para
el caso de corriente continua, también se debe tener en cuenta la polaridad para la
conexión del instrumento.
Figura 6: Conexión del Amperímetro en un circuito.
* El óhmetro.
Un óhmetro, Ohmnímetro, u Ohmniómetro es un instrumento diseñado para medir
la resistencia eléctrica. La unidad de medida es el Ohm (Ω). Este instrumento no
posee polaridad.
Debido a que la resistencia es la diferencia de potencial que existe en un
conductor dividida por la intensidad de la corriente que pasa por el mismo, un
ohmímetro tiene que medir dos parámetros, y para ello debe tener su propio
generador para producir la corriente eléctrica. Existen también otros tipos de
óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por
un circuito que genera una corriente de intensidad constante.
-Conexión del óhmetro.
Para logar esta medida, el óhmetro se debe conectar en paralelo con el elemento
resistivo a medir (Figura 5). El elemento resistivo no debe estar conectado al
circuito, ya que de lo contrario se puede incurrir en error en la medición o se puede
deteriorar el instrumento.
Figura 7: Conexión del óhmetro en un circuito.
CORRIENTE ELÉCTRICA.
La corriente eléctrica se define como un flujo de electrones. En un circuito los
electrones circulan desde el polo negativo al polo positivo, este es el sentido de la
corriente, la que recibe el nombre de corriente real. Pero los técnicos usan una
corriente convencional, donde el sentido del movimiento es el contrario de la
corriente real, es decir, el sentido es del polo positivo al polo negativo.
TIPOS DE CORRIENTE.
Existen dos tipos de corriente: la corriente alterna y la corriente continua.
Corriente continua (CC).
Es aquella en la cual las cargas se mueven en una sola dirección y se caracteriza
por poseer una polaridad definida. Las pilas y baterías producen este tipo de
corriente.
Corriente alterna (AC).
Es aquella en la cual las cargas fluyen en una dirección y luego en dirección
opuesta. Por esta razón la corriente alterna no posee polaridad, ya que esta
cambia de forma cíclica en el circuito. Las veces, ciclos o frecuencia en que
cambia por segundo se mide en Hertz (Hz); siendo esta frecuencia 60Hz.
VOLTAJE.
La tensión eléctrica o diferencia de potencial es una magnitud física que cuantifica
la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir
como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una
partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. La unidad de
medida es el voltio (V). Del mismo modo que se necesita una presión para que
circule agua por una tubería, se necesita tensión (fuerza) para que circule la
corriente eléctrica por un conductor.
TIPOS DE VOLTAJE.
Existen dos tipos de voltaje: voltaje de corriente continua y voltaje de corriente
alterna.
Voltaje de corriente continua.
Es la tensión eléctrica que siempre se mantiene constante en función del tiempo,
es decir, que no varía con el tiempo y siempre mantendrá un valor fijo. Por tanto,
se puede decir que el voltaje de corriente continua es lineal. Además, se
caracteriza porque hay una polaridad definida. Este tipo de voltaje es el que es
generado por las pilas alcalinas, o las fuentes hechas basadas en diodos
rectificadores que producen un voltaje DC. Regularmente estos voltajes se
generan a partir de un proceso de rectificación de señales alternas.
Figura 8: Gráfica de voltaje de corriente continua (VCC).
Voltaje de corriente alterna.
El voltaje de corriente alterna es el que varía en forma de onda senosoidal de
positivo a negativo y de negativo a positivo muchas veces por segundo (60 Hertz
en Colombia). Por tanto, su característica fundamental es la ausencia de una
polaridad definida. Esta tensión es comúnmente utilizada por las electrificadoras
para que al viajar la electricidad a través de las líneas se pierda menos electrones
en comparación con la tensión CC.
Figura 9: Gráfica de tensión de corriente alterna (VCA).
MEDICIÓN DEL VOLTAJE.
Inicialmente, se debe verificar el cumplimiento de las precauciones anteriormente
descritas, es decir, constatar el tipo de señal de la fuente, la polaridad (Para el
caso de CC) y la escala adecuada. Luego se conecta el multímetro en paralelo a
los extremos del componente y se obtiene la lectura en la pantalla.
Por ejemplo, si tenemos que medir una batería común de 9V, debemos elegir una
escala que sea mayor y que esté lo más cercana posible a este valor, por lo tanto
la perrilla del multímetro se debe posicionar en la zona DCV en el valor 20V.
Cuanto más cerca se seleccione la escala respecto al valor a medir, más precisa
será la medición.
MULTÍMETRO DIGITAL UT33C.
En el desarrollo de esta práctica, se utilizó el multímetro digital UT33C. Este
instrumento puede medir diversas variables eléctricas como voltaje, corriente,
resistencia eléctrica, temperatura y continuidad. Sus características son:
Display 3 1/2 dígitos.
Prueba de diodos.
Incluye sensor de temperatura y holster.
Buzzer de continuidad.
Retención de lectura (HOLD).
Backlight.
Alimentación: 1 batería de 9V.
Además, sus capacidades son las siguientes:
• Vcc: 0-200 / 2000mV /20 / 200 / 500Vcc
• Vca: 0-200 / 500Vca
• Corriente: 0-2000uA / 20 / 200mA / 10A
• Resistencia: 0-200 / 2000Ohm / 20 / 200KOhm/ 20MOhms
• Temperatura: -40ºC a 1000ºC.
Figura 10: Multímetro digital UT33C.
PROCEDIMIENTO.
1. En las fuentes amarillas del laboratorio identifique el tipo de voltaje de cada
sección (continuo o alterno), descríbalas y compare las diferentes escalas.
2. Verifica el estado de cada sección.
3. Utilizando el multímetro como voltímetro, escoge el rango adecuado para
realizar varias mediciones y compara si el valor dado por el instrumento coincide
con el valor que suministra la fuente. Realiza una tabla de datos donde consignes
ambas clases de valores.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS.
Las fuentes presentes en el laboratorio disponen de 4 secciones; así Se procedió
a identificar el tipo de voltaje y el estado de cada sesión, los resultados están
anexados en la Tabla 2.
Sesión
Estado
Tipo de voltaje
1 (0 ÷ 30)
Sirve
Continua
2 (0 ÷ 30)
No sirve
Continua
3
(110v
Fijo,
300v Sirve
Continua
Regulado)
4 (Valores en porcentaje)
Sirve
Tabla 2: Tipo de voltaje en cada sesión.
Alterna
Luego se usó el multímetro como un voltímetro y se regulo las salidas de la fuente
para verificar el valor esperado, los resultados están anexados en la tabla 3.
Fuente (v)
Multímetro (v)
0
0
5
6.21
10
10.86
15
16.01
20
21.40
25
25.60
30
32.30
Tabla 3: Voltajes regulado de las fuentes y el voltaje tomado por el multímetro.
Luego se ajustó una perilla a 50v y se tomó el multímetro para comprobar si es el
voltaje que debería marcar la salida de la fuente.

¿Cuál
es
la
lectura
del
multímetro?
El multímetro marco: 51.3v

¿Es
aproximadamente
50v?
Si, el multímetro marco un valor aproximado a 50v pero se pasó sobre la medida
esperada.

¿Está
totalmente
lejos?
No, está relativamente cerca.
La fuente esta descalabrada, por tal motivo no marcan los voltajes esperados.
Luego en la sesión 4, se regulo las perillas de acuerdo al cálculo realizado para
cada voltaje especificado. La forma del cálculo fue el siguiente:
Se tomó el voltaje y se dividió entre 100 (que es el porcentaje) y se multiplica por
el valor total regulado de la perilla, ejemplo:
Para la perilla: 0 ÷ 250
(40 ∗ 100)
= 100 (1)
250
El resultado de la Formula (1), es decir 100, representa los voltios esperados.
Fuente
Estado
Valor (%)
Valor
esperado
(v)
0 ÷ 20
No sirve
15
-
0 ÷ 20
No sirve
25
-
0 ÷ 250
Sirve
40
100
0 ÷ 250
Sirve
75
187.5
Tabla 4: Resultados anotados de las operaciones en las respectivas perillas.
Como se muestra en la Tabla 4, solo una perilla estaba funcionando por lo tanto
solo se realizó la experiencia con la perilla regulada 0 ÷ 250, los resultados no
estuvieron alejados del valor esperado, y al igual que paso con el voltaje en 50v se
pasó por 1 voltio.
Luego de esta experiencia, se tomó el multímetro y se midió la toma corriente en
el salón. El valor arrojado por el multímetro fue de: 133.4 voltios. Y el tipo de
corrientes es: Alterna ya que no se tuvo en cuenta el terminal positivo ni el
negativo para poder obtener el valor del voltaje.
El voltaje alterno que la fuente indica es de 120v, pero lo que registra el multímetro
en esa salida es de 131v, por lo tanto la fuente esta descalibrada.
4. Analice y coloque la perilla de la fuente en una posición que suministre
aproximadamente 50V. Verifique con el multímetro si efectivamente hay
aproximadamente los 50 V que supuestamente está suministrando la fuente (no se
olvide de la escala) ¿Cuál es la lectura en el multímetro? ¿Es aproximadamente
50 V?, ¿Está totalmente lejos? Explique, y si es el caso intente nuevamente, ¿Qué
información suministra la perilla? Explica.
Después de analizar hasta el momento lo que se ha realizado, Según tu fuente,
¿Qué valor de voltaje se debe entonces registrar con la posición de la perilla en
20? ¿Explica la forma como hiciste el cálculo para conocer el resultado anterior?
Verifica el resultado con el multímetro, verifica si es correcto el rango de valores
de la fuente, si no es correcto determina el nuevo rango. Con el nuevo rango qué
valor de voltaje debe registrarse cuando la perilla esta en las siguientes
posiciones:
a. Para la fuente de 0 ÷ 25:
* 15
* 25.
b. Para la fuente de 0 ÷ 250: * 40
* 75.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS.
Se ubicó la perilla de la fuente en 50V. Luego, al colocar el multímetro y verificar la
medida, este registra 37V, el cual no es un valor aproximado a 50V, sino por el
contrario, está totalmente lejos de él. Al realizar un nuevo intento, el multímetro
siguió registrando 37V.
𝒚 = 𝒎𝒙 + 𝒃
(𝑬𝒄. 𝟏)
𝑦 = 𝑚𝑥
𝑉𝑓 = 𝑚 𝑉𝑚
𝑚=
𝑉𝑓 50𝑉
=
= 1,351
𝑉𝑚 37𝑉
𝑉𝑓 = 1,351𝑉𝑚
𝑉𝑚 =
𝑉𝑓
20𝑉
=
1,351 1,351
𝑽𝒎 = 𝟏𝟒, 𝟖𝑽
El cálculo anterior se realizó bajo la previa suposición de que es una relación
lineal. Por tanto se empleó la ecuación punto pendiente de una recta, en la que la
variable 𝑥 se reemplazó por voltaje medido por el multímetro (𝑉𝑚) y la variable 𝑦
se reemplazó por voltaje suministrado por la fuente (𝑉𝑓). Adicionalmente, como la
recta parte del origen, el punto de corte en el eje 𝑦 es cero (𝑏 = 0). Entonces, por
medio de la primera observación se calculó la pendiente de la recta, la cual se
reemplazó en la ecuación para determinar cuánto debería ser el voltaje registrado
por el multímetro a partir de un voltaje suministrado por la fuente de 20V.
Al verificar el resultado obtenido con la medida del multímetro, este registra 15V.
Por tanto,
ambos valores son aproximados, confirmándose así que es una
relación lineal. Asimismo, el cálculo puede ser realizado también con una regla de
tres.
Figura 11: Grafica de Vf vs Vm.
a)
Fuente de 0 - 25V:
Esta parte del procedimiento no se pudo realizar porque este canal de la fuente no
funciona.
b)
Fuente de 0 – 250V:
VOLTAJE FUENTE (VF)
VOLTAJE MULTÍMETRO (VM)
40% = 100V
118V
75% = 187,5V
222V
Tabla 5: Voltajes medidos en fuente de 0 – 250V.
5. Medir con el voltímetro la diferencia de potencial suministrada por los tomas de
corriente del salón. ¿Qué tipo de voltaje es? ¡Explica!
OBSERVACIONES Y RESULTADOS.
Se midió el voltaje en tres tomas de corriente en el salón:
Toma 1 = 133,5V (figura 12)
Toma 2 = 133,4V (figura 13)
Toma 3 = 133,1V (figura 14)
Figura: 12 (toma 1)
Figura: 13 (toma 2)
Figura: 14 (toma 3)
La diferencia de potencial medida en los tomas de corriente del salón es un voltaje
de corriente alterna (VCA), este tipo de voltaje no tiene polaridad ya que cambia
con respecto a la función seno, por eso también es llamado senosoidal, alternando
entre negativo y positivo dependiendo de la frecuencia a la que está. La corriente
que es comercializada en Colombia ya viene dada con una frecuencia de 60Hz
(Hertz), lo que indica que la señal hace 60 ciclos senosoidales en un segundo.
Una característica de este voltaje es que se genera y se consume por lo que no
existe la manera de almacenarse para un uso posterior.
6. Verifica si la fuente fija de voltaje alterno, de las fuentes amarillas, suministra lo
que la lectura especifica.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS.
En las fuentes amarillas, la fuente fija de voltaje especifica que suministra 120V de
voltaje alterno. Al medir con el multímetro en dos fuentes distintas este voltaje, los
valores medidos fueron:
Fuente utilizada = 120,6V
Otra fuente = 122,4V
Es decir, que las fuentes suministran de forma aproximada la lectura que
especifican.
Figura 15: Proceso de medición fuente fija de voltaje alterno de la fuente.
Figura 17: Proceso de medición fuente fija de voltaje alterno de otra fuente.
ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Durante el desarrollo del procedimiento y en las respuestas anteriores, se dieron
las especificaciones de lo que ocurrió y se observó en cada caso, además se
explicaron los resultados.
Adicionalmente los voltajes que suministraban las fuentes o generadores de Van
De Graff utilizadas en la experiencia presentaban fallas técnicas por falta de
mantenimiento o calibración, lo que tuvo como consecuencias márgenes de error y
variaciones en las mediciones realizadas en el laboratorio.
CONCLUSIONES
Las mediciones con el multímetro no suelen ser completamente exactas como
ellos muestran en sus pantallas, ya que para ser exactas deben presentar las
condiciones ideales que permitan con exactitud medir voltaje, corriente, o
resistencia.
Pero aunque el multímetro es un instrumento de medición que debe ser muy bien
elaborado para ser preciso, a veces la resistencia interna falla, y es posible que
este falle a la hora de medir.
Además, la medición también depende de que las fuentes de Van De Graff
utilizadas, generen el voltaje que supuestamente proporcionan. Si no lo hacen, ya
sea por fallas de la misma o por mal uso, esta situación puede complicar el
proceso de medición.
En la medición de voltaje de los tomas de corriente y de la fuente fija de voltaje
alterno de las fuentes amarillas, la diferencia de potencial no es afectada por el
orden en que se coloquen las puntas de prueba del multímetro, ya que no hay
polaridad por ser voltaje alterno, caso contrario a todos los demás.
BIBLIOGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Mult%C3%ADmetro
Consultado el 10 de abril de 2015
http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-de-medicion/multimetro
Consultado el 10 de abril de 2015
http://es.wikipedia.org/wiki/Amper%C3%ADmetro
Consultado el 10 de abril de 2015
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/ElectricidadCargayCorriente.htm
Consultado el 10 de abril de 2015