UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES Facultad de Ingeniera Departamento de Ingeniera Industrial Electrnica yElectrotecnia Experiencia N2 Instrumentacin y Mediciones Objetivos Observaraspectosconstructivosdealgunosinstrumentoselctricosmscomunes, ascomosussistemasdemedidaydesarrollarenalgunoscircuitosbsicos.Construiry efectuar medidas en circuitos sencillos. SEGURIDAD FRENTE AL TRABAJO CON ELECTRICIDAD ASPECTOS GENERALES Cuando se trabajaen unlaboratorio elctrico o cuando se empleanequipos elctricos o simplementesetrabajaconelectricidad,elseguirlasprecaucionesadecuadasde seguridad es ms o tan importante que llevar a cabo mediciones exactas. Existen peligros potencialmente mortales en ambientes de laboratorio elctrico,y si nosesiguenconcuidadoprocedimientosdeseguridad,sepuedeocasionarqueuna persona o su compaero sea vctima de un accidente serio. El peligro ms comn y ms serio en laboratorios elctricos es el choque elctrico o golpe de corriente. Unaspectofundamentaldelchoqueogolpeelctricoquepuedeserletalesten funcin de la cantidad de corriente que pasa a travs del cuerpo humano y del tiempo deaplicacin.Nodependetansolodelvalordelvoltajeaplicado.Puedesertan mortal un choque de 100,0 Voltios como uno de 1.000,0 Voltios. EFECTO DE LA CORRIENTE APLICADA AL SER HUMANO Laseveridaddeunchoqueelctricoenunserhumanovaraconlaedad,sexoy condicin fsica. Sin embargo, en general el nivel de corriente necesario para ocasionar la muerte a cualquier ser humano es notablemente bajo. SIN LUGAR A DUDAS, LA SEGURIDAD SE DEBE TENER SIEMPRE PRESENTE POR PARTE DE TODAS AQUELLAS PERSONAS QUE POR CUALQUIER RAZN REQUIERAN UTILIZAR ELECTRICIDAD EN FORMA APLICADA. Elumbraldepercepcindecorrienteenlamayoradelossereshumanosesde1 mili Ampre (1 mA). Corrientes entre 1mA y 5 mA se sienten con mayor intensidad pero por lo general no producen un dolor intenso. El peligro que existe en esta intensidad es debido a la reaccin de sorpresa que genera en el ser humano y que lo hace moverse a lugares potencialmente de mayor peligro. Corrientesmayoresa5mAymenoresa100mAproducenenelcuerpo contraccionesmuscularesinvoluntariasdegrandolorypuedeeventualmente ocasionarlamuertepuestoquelapersonaquedasinpodersoltarelconductor elctrico. Corrientes mayores a 100 mA producen interferencia con el movimiento coordinado del corazn ocasionando lo que se llama fibrilacin cardaca, que detiene el bombeo de sangre al cuerpo humano y sobreviene la muerte en cuestin de minutos si no se detiene dicho proceso. Corrientessuperioresa300mAlascontraccionesmuscularessonextremadamente intensas lo que evita la fibrilacin. Si se detiene el choque por medio del mtodo deaplicarrpidamentegrandespulsosdecorriente,esposiblequeelcorazn reanudesufuncinnormal.Sinembargo,sepuededetenerlarespiracin(sedebe realizar respiracin artificial) y la persona queda con quemaduras intensas. RECOMENDACIONES Y CUIDADOS Elmejormtododeevitaraccidentesesreconocersuscausasyapegarsealos procedimientos de seguridad establecidos. Usoyaplicacindeequiposordinariosconconexionescorrectasatierrade seguridad y protecciones elctricas adecuadas. Evitarelusodecablesoconductoresdesnudosconalgndeteriorodefecto. Siempre desconectar la corriente al iniciar una experiencia elctrica. Evitar trabajar solo. Nunca operar equipos con humedad en las manos en el piso. Usar siempre zapatos secos. Siempre conectar al FINAL, el cable la punta de prueba al potencial alto vivo. PRIMEROS AUXILIOS Tratar de desconectar a la vctima del equipo conductor sin colocarse uno mismo en peligro. Usarcualquierelementoaislanteparaactuaryaquecualquierconexincorporal momentnea puede ser fatal. Se debe romper el punto de contacto lo ms rpido posible puesto que la resistencia delapieldecaerpidamenteconeltiempoylacorrientepuedellegaraalcanzar valores fatales (100 mA a 300 mA). Siseproduceunparorespiratorioylavctimaseencuentrainconsciente,sedebe comenzarrpidamenteaadministrarrespiracinartificial.Esteprocesopuede durar hasta 8 horas. ndice Objetivos................................................................................................................................. 1 SEGURIDAD FRENTE AL TRABAJO CON ELECTRICIDAD........................................ 1 ndice ...................................................................................................................................... 4 Motivacin.............................................................................................................................. 5 Materia Incluida en la Experiencia......................................................................................... 6 Sistema Internacional de Unidades .................................................................................... 6 Potencias de 10 y sus abreviaturas ..................................................................................... 7 Circuitos de Primer Orden.................................................................................................. 8 Circuitos RC................................................................................................................... 8 Cdigo de colores en resistencias..................................................................................... 12 Identificacin del valor de un Condensador ..................................................................... 14 Identificacin mediante letras....................................................................................... 14 Cdigo 101 ................................................................................................................... 14 Cuestionario.......................................................................................................................... 15 Experiencia prctica ............................................................................................................. 16 I- Circuito RC 1................................................................................................................ 16 II Circuito RC 2................................................................................................................ 17 Contenido del Informe.......................................................................................................... 18 Motivacin Debido a queen la actualidad el uso de sistemaselctricosyelectrnicosdominan diferentesmbitosdelavidacotidianayproductiva,comosonlossistemasdecontrolde maquinaria productiva, motores elctricos como fuente principal de fuerza en la industria y todoslossistemaselctricosyelectrnicospresentesennuestroshogares,quehan mejoradonuestracalidaddevida,sehacenecesariotenerlasnocionesbsicasde funcionamientodeestossistemas,conocerconceptosdevoltajes,corrientes,frecuencias, potenciay la manera como medirlas y manipularlas. Todo esto con el fin de darles un uso productivo eficiente a estas herramientas para que sean motor de desarrollo de nuestro pas. Intentamosatravsdeestelaboratoriotratardedescubriryconocermediantela experiencialaimportanciadelaelectricidadylaelectrnicaeneldesarrollodenuestra sociedad, conocer los principios bsicos que la rigen, experimentando en forma prctica los elementos involucrados en su uso, teniendo en cuenta las medidas de seguridad necesarias de tal manera de conseguir un conocimiento seguro y significativo acerca de la electricidad y la electrnica. Materia Incluida en la Experiencia Enestasegundaexperienciadelaboratorioseintroducenlosconceptosnecesarios quepermitenentenderytrabajarconinstrumentosyaparatoselctricosyelectrnicos. Dentrodeellosseencuentranlaidentificacinyformadeusodeloselementose instrumentosmscomunes,ademsloscomponentesbsicosparalaimplementaciny medicin de un circuito elctrico. Sistema Internacional de Unidades Enestaocasinsetrabajarprincipalmenteconelementospasivos:resistencias, condensadoreseinductancias.Estoselementosseposeensuunidaddemedidapropiala cual se rige por el Sistema Internacional de Unidad (SIU),y con el cual se rigen todos los instrumentosqueseencuentranenellaboratorio.Porlocualesdegranimportancia familiarizarse con l. El Sistema Internacional de Unidades (S.I.U.) incluye a las siguientes unidades que permiten describir las cantidades elctricas de mayor uso: CANTIDADUNIDADABREVIATURA Longitudmetrom Masakilogramokg Tiemposegundos CorrienteampreA Temperaturagrado KelvinK VoltajevoltV Resistenciaohm CapacitanciafaradF InductanciahenrioH EnergajouleJ PotenciawattW FrecuenciahertzHz CargacoulombC FuerzanewtonN Flujo MagnticoweberWb Densidad de flujo magnticoweber/metro2Wb/m2 Potencias de 10 y sus abreviaturas Laconvenienciadeaplicarpotenciasde10tantoennmerosgrandescomolos pequeos,quedademanifiestoyesevidenteenlamedicinyexpresindecantidades elctricas. Comnmenteseempleanalgunosprefijosysmbolosestndarparadenotar multiplicadores especficos. A continuacin se muestra la tabla con la potencia de diez por la que se multiplica, el prefijo o nombre que recibe y su abreviatura o simbolo. Ejemplo: para representar una medida de 1.000.000 de Hertz se utiliza la abreviacin correspondiente a un un milln, mega. Esto se abrevia 1 MHZ y se lee un megahertz MULTIPLICADORPREFIJOABREVIATURA 10 12teraT 10 9gigaG 10 6megaM 10 3kilok 10 2hectoh 10decada 10 -1decid 10 -2centic 10 -3milim 10 -6micro 10 -9nanon 10 -12picop 10 -15femtof 10 -18attoa Circuitos de Primer Orden Para representar el comportamiento de circuitos elctricos con componentes pasivas se utilizan ecuaciones diferenciales de distinto orden. Loscircuitosdeprimerordensonloscircuitoscuyasecuacionesdiferencialesson de primer orden. Corresponden a circuitos RL o RC, es decir que tienen una resistencia (R) y un condensador (C) o una resistencia y una inductancia (L). Circuitos RC Estos circuitos son de la forma Tambin son aquellos que se pueden reducir

Laprincipalecuacinparaestetipodecircuitosellaquerelacionaelvoltajeyla corriente a travs de un condensador, que esta dado por: dtdVcC Ic = El que Ic o Vc seanpositivos o negativos depende de la convencin que uno tome. Asi la convencin ms usada es esta: la corriente es positiva cuan la corriente es positiva cuando fluye desde el terminal + al a traves del condensador Delaprimeraecuacinseobtienequeelvoltajeenuncondensadornopuede cambiarinstantneamente,loqueharaqueladerivadafuerainfinitaporloquehabra corriente infinita, que no es posible, por lo tanto: ) 0 ( ) 0 (+ = Vc Vc (condicin inicial) De esta forma si se plantea la ecuacin para el circuito RC se tendr: Haciendo la malla 1 V Vc R Ic = + y como dtdVcC Ic =1 V VcdtdVcR C = + Ecuacin dif. De 1 orden Se sabe que para este tipo de ecuaciones el resultado es de la forma ste K K t Y + =2 1) ( EndondeseseloperadordeLaplace(diferencial)queseobtieneresolviendola ecuacin Homognea (Entrada Cero Natural) de la siguiente forma: C RS S R C == + 10 1 AstambinK1seobtieneresolviendolaecuacinparticular,sabiendoquela funcinforzanteesdelaformaF=constante,porloquelvalordeK1deberserdela forma A= cte. Entonces: 11 01V AV A R CV AdtdAR C= = + = + Por lo que solamente faltara encontrar el valor de K2, que se obtiene evaluando la funcin en t=0. 11 1 0) 0 (2202 1V KK Ve K K t Vst = + = + = == Con lo que el resultado final es) 1 ( 1 ) (RCtce V t V = Para obtener Ic, como se sabe que dtdVcC Ic = , entonces: ) ( )1( 1 ) (RCtce CC RV t I = ) (1) (RCtceRVt I = Dadoestosresultados,seesperaobservarcaractersticasdeCrecimiento exponencial en la diferencia de voltaje en un condensador y de decaimiento exponencial en la corriente que lo atraviesa. De la misma forma que en el caso anteriorse pueden obtener las ecuaciones para un circuito RL, en donde los circuitos son de la forma la ecuacin diferencial que rige el comportamiento de la componente inductiva (L) es: dtdIL VLL = Y la convencin usada es: IL positivo si va desde + a - . Al igual que antes hay que tener cuidado con las direcciones y signos Dedondeseobtienequelacorrienteenunainductancianopuedecambiar instantneamente, ya que si lo hace debera haber un voltaje infinito infinita, por lo tanto. ) 0 ( ) 0 (+ =L LI I de esta forma si se plantea la ecuacin para el circuito RL se tendr: Haciendo la malla 1 V V R IL L= + y comodtdIL VLL =1 VdtdIL I RLL= + Ecuacin dif. De 1 orden Que al igual que antes se sabe que para este tipo de ecuaciones el resultado es de la forma ste K K t Y + =2 1) ( Y resolviendo la Homognea se llega a: LRS S L R == + 0 AstambinK1seobtieneresolviendolaecuacinparticular,sabiendoquela funcinforzanteesdelaformaF=constante,porloquelvalordeK1deberserdela forma A= cte. Entonces, RVA1= Por lo que solamente faltara encontrar el valor de K2, que se obtiene evaluando la funcin en t=0. RVKKRVe K K t IstL1110) 0 (2202 1= + = + = == Con lo que el resultado final es) 1 (1Lt RLeRVI =Para obtener VL, como se sabe que dtdIL VLL = , entonces: ) ( ) (1) (LRtLe LLRRVt V = ) ( 1 ) (LRtLe V t V = Dado estos resultados, se espera observar caractersticas de decaimiento exponencial en la diferencia de voltaje en una inductanciay de crecimiento exponencial en la corriente que lo atraviesa. Como resultado de los anlisis anteriores se puede llegar a la conclusin de que un Condensadorsecomportar(parauncircuitoconfuentescontinuas)inicialmentecomocortocircuito,paradespus,amedidaquesevacargando,llegaracomportarsecomoun circuito abierto. En una inductancia ocurre exactamente lo contrario. Cdigo de colores en resistencias Resistencia con bandas de colores Las resistencias tienen anillos de colores a su alrededor que corresponden al cdigo decolores.Elvalordeunaresistenciasepuedeveratravsdesucdigodecolores.para verelcdigosedebetomarlaresistenciadetalformaqueelultimocolorcorrespondaal plateado o dorado.Cada color representa un nmero de acuerdo a una tabla mostrada ms abajo y la posicin de ese color representa un dgito en el nmero, as: El color A representa el digito de las decenas. El color B representa el digito de las unidades. El color C representa elexponente de la potencia de base 10 (10 C, ,actor multiplicatio,. El color D representa la tolerancia en (porcentaje). La unidad para medir resistencias es elohm ( ,. FACTOR MULTIPLICATIVO TOLERANCIA 0 Negro x 1 - Negro 1 % Negro 1 - Caf x 10 - Caf 2 % Rojo 2 - Rojo x 100 - Rojo 5 % Dorado 3 Naranja x 1K - Naranja 10 % Plateado 4 - Amarillo x 10K - Amarillo 20 % Sin Color 5 Verde x 100K - Verde 6 Azul x 1M - Azul 7 - Lila x 0,1 - Dorado 8 - Plomo x 0,01 - Plateado 9 - Blanco Cdigo de Colores para resistencias Ejemplo : A caf = 1 B rojo = 2 C naranja = 3 103 D doradotolerancia 5% Valor de la resistencia = 1 2 x 10 3 5 ~ 12 k 5 Identificacin del valor de un Condensador Identificacin mediante letras Adiferenciadelasresistencias,loscondensadoresllevanimpresosuvalorcon nmeros pero en cdigo, para hacer mas pequea la escritura. Avecesapareceimpresaenloscondensadoreslaletra"K"acontinuacindelas letras;enestecasonosetraducepor"kilo",osea,1000sinoquesignificacermicosise halla en un condensador de tubo o disco. Sielcomponenteesuncondensadordedielctricoplstico(enformade paraleleppedo),"K"significatoleranciadel10%sobreelvalordelacapacidad,entanto que "M" corresponde a tolerancia del 20% y "J", tolerancia del 5%. Detrs de estas letras figura la tensin de trabajo y delante de las mismas el valor de la capacidad indicado con cifras. Para expresar este valor se puede recurrir a la colocacin deunpuntoentrelascifras(convalorcero),refirindoseenestecasoalaunidad microfaradio (F) o bien al prefijo "n" (nanofaradio = 1000 pF = 1000*10-12 = 10 - 9 ). Ejemplo:uncondensadormarcadocon0,047J630tieneunvalorde47000pF=47nF, toleranciadel5%sobredichovalorytensinmximadetrabajode630v.Tambinse podra haber marcado de la siguiente manera: 47n J 630. Cdigo 101 Tambinsedebemencionarelcdigo101utilizadoenloscondensadores cermicos.Deacuerdoconestesistemaseimprimen3cifras,dosdeellassonlacifra significativaylaltimadeellasindicaelnmerodecerosquesedebenaadiralas precedentes.ElresultadodebeexpresarsesiempreenpicofaradiospF. As, 561 significa 560 pF, 564 significa 560000 pF = 560 nF. Cuestionario Responder en la parte de cuestionario del informe de laboratorio 1- Cmo se conectan los Voltmetros y los Ampermetros dentro de un circuito elctrico? 2-Cmodeberanserlasresistenciasinternasdeunvoltmetroyampermetroenforma ideal? 3-Describabrevementelosmaterialesvistosenellaboratorio,comomultitester, osciloscopio, protoboard, fuentes DC, y otros. 4- Cmo se conectara un Wattmetro dentro de un circuito elctrico? 5-Quesunpotencimetroyqueesunvariac?Expliquecomofuncionanycomoestn hechos. 6- Investigue filtros electrnicos de orden superior a uno que utilicen componentes pasivas y sus nombres. Experiencia prctica Laexperienciadelaboratorioconstadedosetapasquesedebenrealizaralmismo tiempo.Enunadeellassedeberealizarlasimulacinenmicrocapdeundeterminado circuitoyenlaotrasedebeimplementardichocircuitoenunaprotoboard.Mientrasla mitad del grupo trabaja en la simulacin, la otra mitad debe armar el circuito. I- Circuito RC 1 Implemente en el protoboard y en MicroCap el circuito presentado en la siguiente figura: Figura 1 EndondelaresistenciaR1debeserigualenelcircuitoyenlasimulacin(se sugiereusar1500multiplicadoporelnmerodegrupo),elcondensadoresde1nano faradios, y el voltaje de entrada entregado por el generador de funciones debe tener una amplitud de 5 volt (corresponde a una fuente sinusoidal en MicroCap). Tenga cuidado de no cambiar la amplitud durante las mediciones. Conecteelmedidordevoltajealcondensador,luegovarelafrecuenciaenel generadordefuncionesyanoteparacadavalordefrecuenciaelvoltajeenel condensador mostrado por el voltmetro. 1.I1 Construya una tabla con los datos obtenidos de la siguiente forma y ordenados de menor a mayor: Frecuencia Aplicada Amplitud Voltaje de Salida

Tome al menos 10 datos para cada valor de resistencia 2.I2Implementeelcircuitoanteriorenmicrocapyrealicelasmismasmediciones anteriores.Presenteordenadamentelosgrficosobtenidosdurantelaexperiencia (Amplitudvs.Frecuencia),consusejesdebidamenteescalados.Qupasaalir aumentando la frecuencia? Cmo se denomina este circuito? Investigue. II Circuito RC 2 Implemente en el protoboard el circuito presentado en la siguiente figura: Figura 2 EndondelaresistenciaR1debeserigualalanterior,elcondensadoresde1nano faradios, y el voltaje de entrada entregado por el generador de funciones debe tener una amplitudde5volt.Tengacuidadodenocambiarlaamplituddurantelas mediciones. Conecteelmedidordevoltajealcondensador,luegovarelafrecuenciaenel generadordefuncionesyanoteparacadavalordefrecuenciaelvoltajeenel condensador mostrado por el voltmetro. 3.I3 Construya una tabla con los datos obtenidos de la siguiente forma (): Amplitud Voltaje de SalidaFrecuencia Aplicada

Tome al menos 10 datos para cada valor de la resistencia dada. 4.I4Implementeelcircuitoanteriorenmicrocapyrealicelasmismasmediciones anteriores.Presenteordenadamentelosgrficosobtenidosdurantelaexperiencia (Amplitudvs.Frecuencia),consusejesdebidamenteescalados.qusucedeahora al aumentar la frecuencia? Cmo se denomina este circuito? Investigue. (I4) 5.I5Obtengamatemticamentelafrecuenciadecortedecadaunodeloscircuitos implementados. 6.I6ConstruyaelgraficodeBodeenMicroCapeincluyalaimpresindedicho grafico como anexo en el informe. Contenido del Informe El informe debe contener una parte de cuestionario con las preguntas de la seccin cuestionario de esta gua respondidas. Debe contener una parte de desarrollo describiendo loquesehizoenellaboratorio,pasoapaso,comoseconectaronloscircuitosyque medidas se tomaron. Debe adems incluir todas las respuestas a las preguntas indicadas con (I),incluyendo grficos, esquemas de los circuitos y tablas de datos que amerite necesario adjuntar.Anoteproblemasydificultadesquetuvoalrealizarlaexperiencia.Aportes creativosycomentariosfueradelopreguntadotendrnbonificacinextraenlanota,al igual que responder las preguntas de las experiencias Opcionales. Plazo de Entrega : 2 Semanas a contar de la fecha de realizacin del laboratorio