introduccion a la utilizacion de instrumentos, errores

Escuela profesional de ing. elctricalab. analisis de circuitos electricos 1

introduccion a la utilizacion de instrumentos, errores

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIAS DE PRODUCCION Y SERVICIOSESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

GUIA DE LABORATORIO DE ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS ILABORATORIO 01:INTRODUCCION A LA UTILIZACION DE INSTRUMENTOS, ERRORES1. OBJETIVO:a. Conocer los tipos de errores experimentales que existen en las mediciones elctricas.b. Conocer los diferentes tipos de instrumentos de medida analgicos.c. Utilizando instrumentos de medida efectuar mediciones y calcular los errores.d. Conocer la notacin correcta de los resultados de las magnitudes medidas.

2. MARCO TEORICOa. Medir. Es determinar una magnitud desconocida comparndola con una unidad de medida de la misma clase. El procedimiento de medir puede ser llevado a cabo por comparacin directa con la unidad de medida o mediante la comparacin con instrumentos patrn correspondienteb. Las mediciones juegan un papel muy importante en la validacin de las leyes de la ciencia. Tambin son esenciales para estudiar, desarrollar y vigilar muchos dispositivos y procesos. Sin embargo, el proceso mismo de la medicin implica muchos pasos antes de producir un conjunto til de informacin. Estas operaciones se pueden citar como sigue: Una seleccin adecuada del equipo disponible y una interconexin correcta de los diferentes componentes e instrumentos. El manejo inteligente del aparato de medicin El registro de los datos de un modo claro y completo. El clculo de la exactitud de la medicin y las magnitudes de los posibles errores implcitos. La preparacin de un informe que describa la medicin y sus resultados para aquellos que puedan interesarse en su empleo.c. Registro e informe de las medicionesLa hoja original de datos es el documento ms importante. Se pueden cometer errores en transferir informacin, y por lo tanto las copias no pueden tener la validez de un original. Por lo tanto, es una prctica excelente rotular, registrar y anotar los datos conforme son tomados. Una breve declaracin en el encabezado de la hoja de datos debe explicar el objetivo de la prueba y listar las variables a medir. Se deben anotar cosas tales como la fecha, los diagramas de conexin empleados, los nmeros de serie del equipo y modelos y cualquier comportamiento anormal del instrumento. La forma de reporte debe consistir de tres secciones: Resumen de resultados y de conclusiones. Detalles esenciales del procedimiento, anlisis, datos y estimaciones de error. Informacin, clculos y referencias de soporte.

d. Presentacin grafica de datosLa representacin grfica es un modo eficiente y conveniente de presentar y analizar los datos. Se emplean las grficas para ayudar a visualizar las expresiones analticas, interpolas los datos y discutir los errores.Una grfica siempre debe tener un ttulo, la fecha de cuando se tomaron los datos, los ejes identificados en forma adecuada y con su escala correcta.

e. Precisin y exactitud

Un ejemplo para aclarar ambos conceptos seria, imagnese un instrumento que tiene un defecto en su funcionamiento, el instrumento puede estar dando un resultado que es altamente repetible de medicin a medicin, pero alejado del valor verdadero. Los datos obtenidos de este instrumento serian de alta precisin pero muy inexactos.

f. Erroresa) Error absoluto ():El error absoluto del instrumento y de la medicin, es la diferencia entre el valor medido por el instrumento () y el valor real de la magnitud ().

. (1)El error absoluto del instrumento se halla comparando las lecturas del instrumento examinado con lecturas del instrumento patrn (error cero).b) Error relativo (), del instrumento: Es la relacin entre el error absoluto y el valor mximo de la escala.

.. (2)Normalmente este error se expresa en porcentaje, por lo que: . (3)c) Error relativo (), de la medicin: Es la relacin entre el error absoluto y el valor real de la medida. (4)Normalmente este error se expresa en porcentaje, por lo que: . (5)

g. Clase de instrumento

Los errores relativos calculados con la formula (3), son utilizados para agruparlos segn su clase de exactitud llamado tambin clase de instrumento, generalmente existen siete clases de instrumentos:Clase de instrumento0.10.20.511.52.55

Normalmente los instrumentos de medicin se clasifican segn su precisin y el tipo de trabajo en: Instrumentos de laboratorio: 0-0.2 % Instrumentos porttiles(industriales): 0.5 a 2.5% Instrumentos de tablero: 1.5 a 5.0 %Por el principio en que se basa su funcionamiento (sistema motor): Los instrumentos analgicos se agrupan en seis tipos principales: Instrumentos magneto elctricos Instrumentos electromagnticos Instrumentos electrodinmicos Instrumentos de induccin Instrumentos electrostticos Instrumentos electro trmicos

h. Smbolos de identificacinLos instrumentos analgicos llevan sobre su cuadrante, smbolos que indican lo siguiente: Sistema motor Sistema de corriente Clase de exactitud Posicin de trabajo Tensin de prueba de aislamiento Otrosi. Recomendaciones para las mediciones

Antes de las conexiones del circuito, distribuir los instrumentos de manera que su ubicacin permita tomar lecturas cmodamente. Las conexiones deben ser fijas y lo ms cortas posibles, si es posible utilizar cables de colores para identificar las fases. Leer toda la informacin contenida en el cuadrante. Verificar la correcta posicin sobre el cero, de la aguja indicadora, en caso necesario ajustarlo. Si el instrumento tiene varios alcances, conectar siempre para su mximo alcance al inicio del as mediciones, luego pasar al alcance ms adecuado que es aquel en el cual las lecturas estn entre el 30 al 60% de las divisiones de la escala. Tener en cuenta la influencia de los campos magnticos exteriores.

3. EJEMPLO DE MEDICION: DETERMINACION DE ERRORES Y CLASE DE INSTRUMENTOSa. ELEMENTOS A UTILIZAR 1 resistencia variable 0-44 ohmios, 4.4 amp 1 Ampermetro CC., analgico, 0-1-5 amp 1 voltmetro analgico de 0-30 V 1 variac monofsico 2 multmetros digitales 1 Puente de diodos Conductores de conexin Resistencia Variable 0 - 42 ohm

Ampermetro a 1,2 24 amp.Puente de Diodos

Multmetro Digital

Voltmetro 6 600 Volt

Variac monofsico

b. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIN: Se utilizar un voltmetro analgico para determinar sus errores y la clase, utilizando un voltmetro digital como patrn.i. Armar el siguiente circuito

Armado del circuito experimentalmente

ii. Calibrar la resistencia a un valor tal que para las distintas corrientes y tensiones no supere su capacidad.- Para el experimento, calibramos la resistencia variable a un valor de RL=18.4 debido a que la resistencia soporta un mximo de 5A,

iii. Tomar nota de diferentes valores de tensin de salida y corriente, para un mismo valor de resistencia RL.Con las ec. . (1) . (5)N de medicinV(patrn)V(instr.)A(%)

110 V9.4 V0.59 A-0.6 V-6%

215 V14.4 V0.88 A-0.6 V-4%

320 V19.2 V1.18 A-0.8 V-4%

425 V24 V1.48 A-1 V-4%

530 V29 V1.76 A-1 V-3.33%

Error absoluto

Error relativo

0.8-4.27%

4. CUESTIONARIO:a. Ample la introduccin terica sobre la teora de errores, tipos de instrumentos de medicin (segn el sistema motor) y sobre los instrumentos patrn -Instrumento patrn: A un dispositivo usado como referencia para comparar su respuesta frente a la respuesta de un instrumento es llamado "calibration standard" o "patrn". En palabras simples, un patrn es algo que nosotros podemos utilizar para comparar un instrumento calibrado. Por tanto, cualquier calibracin podr solo ser tan buena como el patrn que estemos usando.Lo que debemos saber es que siempre nos aseguremos que el patrn usado para calibrar sea de exactitud confiable (la suficiente). Ningn instrumento patrn es perfecto, perfeccin no es lo que necesitamos. Nuestra meta es ser lo suficientemente preciso para que la calibracin sea confiable en los lmites especificados.Tipos de instrumentos de medicin segn su sistema motor: Instrumentos Magnetoelctricos

El momento motor se produce debido a la accin mutua entre los campos de un imn permanente y una bobina. Se fabrican de todas clases de exactitud y con las siguientes variantes: Magneto-elctricos de bobina mvil. Este sistema se emplea en ampermetros, voltmetros, hmetros de c.c. Tambin se utiliza este sistema en los galvanmetros de todos los tipos. Magneto-elctricos de imn mvil (casi en desuso). Se emplea en ampermetros, voltmetros y galvanmetros de c.c. Magneto-elctricos con rectificador. Son ampermetros, voltmetros de c.a. Magneto-elctricos termoelctricos (con termoelemento). Se utiliza para ampermetros y voltmetros de c.c. y de c.a. Magneto-elctricos diferenciales (logmetros, de bobinas cruzadas). Se emplean en construccin de meghmetros, cofmetros y frecuencmetros.

Instrumentos Electromagnticos

El momento motor .se produce debido a la accin mutua entre el campo de una bobina fija y un ncleo mvil. El sistema se utiliza en la construccin de instrumentos de bajas clases de exactitud, o sea, 1; 1,5; 2,5 y 5%. Magneto-elctricos de bobina mvil. Electromagnticos mono y multincleos. Por lo general, se emplean en ampermetros, voltmetros de c.c. y c.a. porttiles y de tablero. Electromagnticos diferenciales (logmetros). Se utilizan en cofmetros, frecuencmetros y sincronoscopios. Electromagnticos de vibracin: frecuencmetros a lengetas.

Instrumentos Electrodinmicos

El momento motor es producido en base a la accin mutua entre bobina mvil y bobina fija. Altas clases de exactitud para c.a. (0,2; 0,5 y 1,0). Electrodinmicos sin hierro. Se utiliza en ampermetros, voltmetros y vatmetros de c.c. y c.a. Ferrodinmicos. Son ampermetros, voltmetros y vatmetros de c.c. y c.a. Diferenciales (logmetros). Se emplean en cofmetros, frecuencmetros.

Instrumentos de Induccin

El momento motor se produce debido a la generacin de corrientes Foucault. Se fabrican en bajas clases de exactitud, por lo general instrumentos de tablero (2,5 y 5 %). De induccin simples. Se emplean para ampermetros, voltmetros y como ms importante en medidores de energa. Para corriente alterna nicamente.

Instrumentos electroestticosEl momento motor es producido por cargas estticas. Se utilizan como voltmetros de cc y ca nicamente. Bajas clases de exactitud. Instrumentos electrotrmicos. El momento motor se produce debido a la dilatacin de un elemento metlico originada por el calor debido al efecto de joule. Se utiliza en instrumentos de bajas clases de exactitud. Electrotrmicos de hilo caliente (en desuso).- Ampermetros y voltmetros. Bimetlicos.- Son ampermetros y voltmetros. Adems se utilizan en todo tipo de indicadores en el ramo automotriz.

Electrotrmicos Se basan en el efecto Joule. Actualmente, los ms usados tienen una lmina bimetlica formada por dos metales con distinto coeficiente de dilatacin unidas longitudinalmente. Cuando esta lmina es atravesada por la corriente elctrica, el metal con mayor coeficiente de dilatacin se alarga, curvando la lmina, este movimiento se transmite a la aguja indicadora que se mover por la escala. Se usa para ampermetros y voltmetros tanto de corriente continua como alterna.

b. Describa con sus propias palabras la diferencia entre exactitud y precisin, tal como se emplean en relacin a las mediciones experimentales. La exactitud se refiere que al momento de realizar una serie de medidas, stas sean lo ms cercanas al valor real o verdadero, en cambio, la precisin se refiere a que si realizamos una serie de medidas, stas debern tener los valores muy cercanos entre s, aun as no estn cerca del valor verdadero. El ejemplo ms claro es el de una tabla de dardos con la que se juega tiro al blanco: si todos los dardos caen muy separados uno del otro, el lanzador tiene mala exactitud y mala precisin; si los dardos caen muy lejos de la diana (en una esquina de la tabla por ejemplo) pero caen todos reunidos en un punto muy pegaditos, el lanzador tiene buena precisin pero mala exactitud; en cambio si caen todos juntitos en la diana el lanzador tiene buena exactitud y buena precisinc. Un ampermetro de 0 a 50 mA tiene una exactitud de 0.5. Entre que limites puede estar la corriente real cuando el medidor indica 13mA?

d. Cules son las clases generales de errores de medicin? Explique Error de escalaTodo instrumento de medida tiene un lmite de sensibilidad. El error de escala corresponde al mnimo valor que puede discriminar el instrumento de medida. Error sistemticoSe caracteriza por su reproducibilidad cuando la medicin se realiza bajo condiciones iguales, es decir siempre acta en el mismo sentido y tiene el mismo valor. El error sistemtico se puede eliminar si se conoce su causa. Error accidental o aleatorioSe caracteriza por ser de carcter variable, es decir que al repetir un experimento en condiciones idnticas, los resultados obtenidos no son iguales en todos los casos. Las diferencias en los resultados de las mediciones no siguen ningn patrn definido y son producto de la accin conjunta de una serie de factores que no siempre estn identificados. Este tipo de error se trabaja estadsticamente. El error accidental se puede minimizar aumentando el nmero de mediciones. Elerror totales igual a la suma de estos tres tipos de errores. Aun cuando el error total se pueda minimizar, es imposible eliminarlo del todo debido a que el error de escala siempre est presente. Por lo tanto, el error total no tiende a cero sino a cierto valor constante.

A la par con los mencionados existen otros tipos de errores como son por ejemplo los errores estticos y los errores dinmicos. Los errores estticos se originan debido a las limitaciones de los instrumentos de medida o por las leyes fsicas que gobiernan su comportamiento. En un micrmetro se introduce un error esttico cuando se aplica al eje una fuerza excesiva. Los errores dinmicos se originan debido a que el instrumento de medida no responde lo suficientemente rpido para seguir los cambios de la variable medida. Pero cualquier tipo adicional de error se puede clasificar en uno de los grupos mencionados anteriormente.e. Considerando la precisin de las lecturas permitidas en el instrumento analgico, realice una clasificacin de este.

*Concluimos que nuestro instrumento es de clase 0.2.III.3. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Se recomienda calibrar los instrumentos de medida para poder tener una medida exacta y precisa. La precisin se refiere al grado en que un instrumento retiene o muestra un valor especfico mientras que la exactitud se refiere al margen pequeo que tiene un instrumento para dar un error, con una gran exactitud se disminuye el riesgo de errores Calibramos nuestra resistencia variable a un valor de 18.4 , debido a que la resistencia soporta un mximo de 5A. Nos dimos cuenta de que al realizar ms medidas el valor que nos daba el instrumento analgico se aproximaba ms al valor medido por el instrumento patrn. Se debe realizar las medidas con precaucin y evitando el error causal. En esta prctica se pudo comprobar que los alumnos saben utilizar los instrumentos como debera de ser. Comprobado que los resultados no son totalmente exactos, ya que hay variaciones entre una y otra medida realizada. Se dira que nunca daremos con una medida exacta ni precisa solo una aproximacin. calculamos experimentalmente la clase de nuestro instrumento analgico que es de 0.2, de esta manera corroboramos que es un instrumento netamente para el uso en el laboratorio. Nos dimos cuenta que el puente de diodos estaba fallando as que tuvimos que cambiarla por otra.

III.4. BIBLIOGRAFIA

http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-practico-de-instrumentacion/item/362-los-instrumentos-patron-en-calibraci%C3%B3n-conceptos-y-caracter%C3%ADsticas.html http://www.mariangaspi.blogspot.com/ http://redsocialeducativa.euroinnova.edu.es/pg/blog/read/600132/instrumentacin-bsica-instrumentos-de-medicin-elctrica http://agrega.juntadeandalucia.es/repositorio/25052011/85/es-an_2011052513_9103711/ET2_U6_T1_Contenidos_v01.pdf http://jogomez.webs.upv.es/material/errores.htm