(515578664) Guia Para Hacer Multimetro (1)

Instrumentacin enTelecomunicaciones

Carlos Omar Ramos L.Ingeniero ElectrnicoMagster en teleinformtica

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESCONTENIDO

Diapositiva No. 2Ing. Carlos Omar Ramos, M. Sc.1. Unidades y errores en mediciones Definiciones Exactitud y precisin Tipos de errores Errores en instrumentos anlogos ydigitales Unidades de medicin

2. Principios de funcionamiento de instrumentos de medicin Instrumentos electrodinmicos Instrumentos electrnicos

3. Instrumentos de Medicin Bsicos Multmetro, ampermetro, voltmetro Osciloscopio Frecuencmetro Generador de seales

4. Sistemas de Puesta a Tierra Definicin Resistividad de conductores Resistividad de terrenos Telurmetros

5. Instrumentos para Telecomunicaciones Analizador de espectros. Medidor de campos. Reflectmetro. Otros

6. Instrumentacin Virtual Sistemas de adquisicin de datos Tarjetas de adquisicin de datos

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONES1. UNIDADES Y ERRORES EN MEDICIONES

MedidaEs la comparacin que se hace a unobjeto, respecto de un patrn.

C B E

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESCONCEPTOS

Diapositiva No. 4

Ing. Carlos Omar Ramos, M. Sc.

Magnitud Es una clase de unidad de medida(metros, gramos, segundos, Hertz, etc.)


Diapositiva No. 5Ing. Carlos Omar Ramos, M. Sc.

Precisin Indica qu tan cerca estn unos valores de otros.

Exactitud Indica qu tan cerca es una medida de lo verdadero.

ProbabilidadValor de referencia exactitud

precisin

ValorINSTRUMENTACIN EN TELECOMUNICACIONES

CASO PRCTICO


V

Evalerespecto delcircuito, losconceptos deprecisin yexactitud

10V

R1150

0.02V

R250

2 =

10 50150 + 50 = 2,5


Cifras significativas Es lacantidad de dgitos que setiene certeza en una medida.

Cifra ms significativa

Cifra menos significativa

0, 0 0 0 0 3 0 0 5 7

Cifra ms significativa

Cifra menos significativa

5 cifras significativas

Observe que en las cifras significativas no se tiene en cuenta el cero.

3, 2 7 1 0

0,001 tolerancia

4 cifras significativas

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/medidas/glosario.htm

9200 100 tiene dos cifras significativas (9 y 2) y solo importa queincremente o disminuya en 100 unidades. 0,034 tiene dos cifras significativas 234,09 0,1 tiene cuatro cifras significativas (el 9 representa unaincertidumbre) 23,23654 0,002 tiene cinco cifras significativas (54 est fuera derango y representa una incertidumbre)

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESEjemploshttp://www.fluke.com/fluke/eses/formacion/demostraciones/default.htm

Error Es la desviacin que tiene una medida respecto del valor real.

Error absoluto es la diferencia entre el valor medido (Vm) y el valor real (Vr). = Error relativo es la relacin entre el error absoluto y el valor real.

=

Ejemplo: En el circuito de la figura, en la resistencia R2 se ha medido 2,48 V. Cul es elerror porcentual?

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESTIPOS DE ERROR


R1150

Primero se calcula el valor esperado (valor real) 10 50

10V

0.2V

R250

2 =

= 2,5 150 + 50Luego se calcula el error porcentual

% =

2,48 2,5 2,5

100% = 0,8%

Error de paralaje Es un error de apreciacin del observador debido a la superposicin del objeto marcador respecto al objeto con las marcas de las unidades cuando la observacin no es perpendicular al instrumento.

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESTIPOS DE ERROREl observador debe colocarse al frente del instrumento anlogo para observar la medida. El fabricante suele colocar un espejo bajo la aguja para que el observador se site adecuadamente.

Error de truncamiento se presenta en los instrumentosdigitales, respecto de la cifra menos significativa

25 6

Este dgito debera ser6, pero el instrumentolo ha redondeado a 7

Si se trata de un instrumento que mide, se crea una incertidumbre respecto a la resolucindel equipo, por ejemplo si va a 0,5 del ltimo dgito, indicara que su valor puede estar entre1 y 4 unidades; 0 entre 5 y 9 unidades de dgito para el valor real.

Instrumentos analgicos son aquellos cuyas medidas son continuas, por lo que el marcador ola seal marca el valor cercano a lo real. Esto se convierte en una ventaja, adems de la sencillezy su costo.Las desventajas radican en que la seal no se puede retener para luego hacer un anlisis deellas, la resolucin es baja. Su principal error es el paralaje.

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESERRORES EN INSTRUMENTOS ANLOGOS


TELECOMUNICACIONES

Instrumentos digitales son aquellos cuyas medidas son discretizadas a partir de entradas anlogas .Tienen la ventaja de que sus medidas pueden guardarse en memoria. Sus seales pueden tratarse para realizar operaciones u obtener otras seales derivadas. Tienen buena resolucin. La mayora de estos instrumentos pueden ser libres de mantenimiento, salvo por bateras (si las requiere).

INSTRUMENTACIN ENERRORES EN INSTRUMENTOS DIGITALESSus desventajas radican en el costo y la complejidad de su construccin, aunque su tamao es reducido. La resolucin depende de los dgitos, de tal manea que el ltimo dgito es de incertidumbre (aproximado).

Tomando el siguiente circuito, realice los clculos respectivos, tome las medidas solicitadas, calcule los errores y determine las causas de los mismos. Tenga en cuenta para el informe las caractersticas de los elementos del circuito y del instrumento que use para medir. Como evidencia tome fotografas del circuito con las medidas que muestre el instrumento. Las resistencias deben cambiarse para realizar dos tipos de medida con el mismo circuito.

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESLABORATORIO 1I1V1 V2

R1 R3

1 ParteR1 = 150

2 parteR1 = 1M

Hallar:I1I2

10V

I2 R2

I3 R4

R2 = 300 R3 = 150 R4 = 150

R2 = 10 M I3R3 = 10 M V1R4 = 10 M V2RT

Realice el informe correspondiente indicando los valores de resistencias, con su valor nominal yreal, la fuente elegida incluyendo su valor de voltaje hasta con 2 cifras significativas. Losresultados y valores esperados deben ser de igual nmero de cifras significativas. Incluyaevidencias de los valores tomados. Escriba las conclusiones con respecto a los valores medidosen los dos casos.

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Unidades fundamentalesSon las unidades bsicas que tienen establecidos patrones y son fuente de las unidadesderivadas.

Longitud metro (m) respecto de la velocidad de la luz (299.792.458 m/s) Masa kilogramo (kg) respecto de un patrn de platino e iridio Tiempo segundo (s) cantidad de oscilaciones del Cesio 133 (9.192.631.770) Intensidad de corriente elctrica Amperio (A) cantidad de corriente requeridapara producir una fuerza de 2 x 10 7 N/m entre dos conductores que estn a 1m. Temperatura grado Kelvin (K) respecto de una fraccin del punto triple del agua(273,16 K y 0,61 kPa) Cantidad de sustancia mol (mol) unidades elementales (tomos, molculas, iones,electrones) en 0,012 kg de Carbono 12 (6,022 x 1023) Cantidad luminosa candela (cd) Radiacin monocromtica en un estereorradincon una frecuencia de 540 1012 Hertz (555 nm) a una fraccin de 1/683 W de potencia(este valor se toma de la definicin primaria: emisin de 1cm de brillo de platino

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESUNIDADES DE MEDICINsolidificado.)Sistema Internacional de Unidades (SI)

Unidades derivadasSon las unidades derivadas de las unidades bsicas del SI. Slo se mostrarn algunas relevantesen Telecomunicaciones.

Frecuencia Hertz (Hz) s 1 Fuerza Newton (N) m kg s 2 Presin Pascal (Pa) kg m 1 s 2 Energa, Trabajo o calor Jul (J) m2 kg s 2 Potencia Watt (W) m2 kg s 3 Carga Elctrica Coulumb (C) A s Potencial elctrico Volt (V) m2 kg s 3 A 1 Resistencia elctrica Ohm () m2 kg s 3 A 2 Conductividad elctrica Siemens (S) m2 kg1 s3 A2 Capacitancia elctrica Faradio (F) m2 kg1 s4 A2 Inductancia Henry (H) m2 kg s 2 A2

Qu otras unidades derivadas estn contempladas en el SI? Defina el bit (b), Byte (B)

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESUNIDADES DE MEDICIN Defina el decibel (dB)Mltiplos del Sistema Internacional

SubmltiplosMltiplos

Valor

Smbolo

Nombre

ValorSmboloNombre

101ddeci101dadeca

102ccenti102hhecto

103mmili103kkilo

106micro106Mmega

109nnano109Ggiga

1012ppico1012Ttera

1015ffemto1015Ppenta

1018aatto1018Eexa

1021zzepto1021Zzetta

1024yyocto1024Yyotta

Diapositiva No. 18 Ing. Carlos Omar Ramos, M. Sc.

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESUNIDADES DE MEDICIN

Ejemplos:

mV Mm pF km Kg EHz TB M GHz

Identifique algunos instrumentos donde se usen las unidades y sus respectivos mltiplos y submltiplosConsulte en Internet cules son las principales unidades usadas en electricidadConsulte en Internet cules son las principales unidades usadas en electrnicaConsulte en Internet cules son las principales unidades usadas en el sector de las telecomunicaciones


2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESINSTRUMENTOS DE MEDICIN


Los instrumentos electrodinmicos se basan en la interaccin de los campos elctricos ymagnticos debido a cargas en movimiento.

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESINSTRUMENTOS ELECTRODINMICOS

El galvanmetro es un dispositivo electromecnico basado en un imn permanente y una bobina mvil que acta como un elemento electromagntico, al hacer que cambie la polaridad respecto del imn y se desplaza de manera proporcional cuando se le aplica una corriente.Este dispositivo es base para construir hmetros, ampermetros, voltmetros ydems instrumentos basados en

Escala

Tambor

Aguja

Bobina mvilcorriente.La caracterstica principal que debeverse en estos dispositivos es susensibilidad.

Resorte en espiral

Terminales de bobina

imn

Medicin de los parmetros del galvanmetroLa resistencia del galvanmetro, Rg, se lee directamente con un multmetro. Un valor tpico puede ser 174 . Para medir la corriente a plena escala (Ifs) se usa un potencimetro en serie con el galvanmetro y un multmetro en la escala de mA. Luego se le aplica un pequeo voltaje, y se le sube lentamente el voltaje hasta que quede a plena escala. La medida que muestre en mA, es la corriente Ifs.

mA

De un galvanmetro se deben conocer dos parmetros para construir instrumentos: El valor de la resistencia de la bobina (Rg) La corriente que requiere para que se desplace a full escala (Ifs)IfsGRg

Voltmetro basado en galvanmetroPara construir un voltmetro, primero se deben proponer las escalas. Se prefiere que los valores de base no sean muchos, por ejemplo pueden ser 5 y 10 para mejor uso de la escala. De tal manera que se pueden proponer escalas de voltaje (Vs voltaje a medir), por ejemplo, de 5V, 10V,50V y 100V.

IfsGRg

Vs Rs

Rs es la resistencia que se debe calcular para larespectiva escala, con base en la ecuacin, por lamalla del circuito: = + As para el clculo de la resistencia de escala RS:

=

2,5

50

Mtodo para dibujar la escala Sobre una cartulina se dibujan crculos concntricos, uno por cada escala.Con radios espaciados se dibuja cada uno de los pasos de la escala, tantos como se desean. El centro es el punto de giro de la aguja.La longitud del arco corresponde al movimiento de la aguja de 0 a plena escala.

Clculo de las resistencias de cada escala Rs.

=

5 = 174 =3.529,7 , 10 = ! 174 =7.233,4 , 50 = ! 174 =36.863,0 , 100 = !! 174 =73.900,1 ,

Esquema elctrico del voltmetro del ejemplo

Voltaje

IfsGRg

Escalas

5V 10V 50V 100Va medir 3.529,7 7.233,4 36.863 73.900

Selector

Ampermetro basado en galvanmetro

IfsGRg

Is Rs

I

Equivale a este circuito

IfsGRg

Rs I Is = +

Ifs = Corriente a full escala del galvanmetroRg = Resistencia del galvanmetroIs = Corriente que atraviesa la resistencia Rs a calcularI = Corriente de la escala que se quiere medir

= "# = " # = #Vg = Voltaje sobre el galvanmetro debido a Ifs x RgVs = Voltaje sobre la resistencia Rs

=

Ejemplo: para un ampermetro de 5 mA, 10 mA, 50 mA y 100 mA. Tener como referencia que Ifs= 1,35 mA y Rg = 174.

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESINSTRUMENTOS ELECTRODINMICOS

#

Aplicar las frmulas:

=

=

Para la escala de 5 mA = 5 $ 1,35 $ = 3,65 $1,35 $ 174 5 $ =

= 64,353,65 $


= 27,158,65 $


= 4,82

7 ng Car os Omar Ramo48,65 $Para la escala de 100 mA = 100 $ 1,35 $ = 98,65 $1,35 $ 174 5 $ =

98,65 $ = 2,38

Diapositiva No. 2

I . l s, M. Sc.


Ifs = 1,35 mA

Rg

Esquema elctrico del ampermetro del ejemplo

Escalas de corriente

G3,65mA 8,65mA 48,65mA 98,65mA

64,35 27,15 4,82 2,38

Selector

5mA

10mA

50mA

100mA

Corrientea medir

TALLER

Cmo integrar el multmetro con elampermetro en un solo circuito, usando la

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESmisma escala?

Los instrumentos electrnicos se basan en circuitos integrados que contienen las siguientesetapas:

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESINSTRUMENTOS ELECTRNICOS

Diapositiva No. 30Ing. Carlos Omar Ramos, M. Sc.Ingreso de seales

Digitalizacin

Correccin de Medidas

Tratamiento de la seal para otros resultados

W = V x I

Ejemplos de operaciones con las seales de ingreso: Potencia a partir de corriente y voltaje Frecuencia a partir de tiempo Impedancias a partir de voltaje y corriente

Sensor de temperatura salida binariaR3 D1

1 U2

23.0

R210k

RV1

5k

U1(WR)

R11

10k

U11 CS2 RD3 WR4 CLK IN5 INTR8 A GND10 D GND9 VREF/219 CLK R

VCC 20DB0(LSB) 18DB1 17DB2 16DB3 15DB4 14DB5 13DB6 12DB7(MSB) 11

220R

R4

220R

R5

220R

R6

220R

LED-REDD2

LED-REDD3

LED-RED

D4

LED-REDVOUT 2

6 VIN+7 VIN-

ADC0804

R7 D53 LM35

C3100n

R1100R

C11u

C2150p

220R

R8

220R

R9

220R

R10

220R

LED-RED

D6

LED-REDD7

LED-RED

D8

LED-RED

Diapositiva No. 31



calor

10mV/C

Sensor de temperatura

+ +Vs +

Salida Comparador de voltaje

Diapositiva No. 32

Este circuito sensa la temperatura desde el LM35, y por cada C produce 10 mV que son comparados en elamplificador operacional que tiene un voltaje de referencia calibrado a la temperatura en la que debe activarse la alarma. Por ejemplo, si se calcula para que la alarma se active en 50C, se requiere que se produzcan 500 mV (0,5V) a los que debe calcularse el voltaje de referencia en el amplificador operacional.Ing. Carlos Omar Ramos, M. Sc.

12V

LM35

12V


Diapositiva No. 33Ing. Carlos Omar Ramos, M. Sc.R1

Vref

0,5V

Alarma110VACR2 110VAC Comparador devoltaje LM339

Funcionamiento:El LM35 sensa una temperatura que est siendo comparada con un voltaje de 500 mV, como se explic, por cada C, se producen 10 mV en el LM35, cuando sense50C, se producirn 500mV en el LM35, y en el momento en que se pase de ese voltaje, el transistor Q1 se activa, el relevo se dispara y la alarma entra en funcionamiento.

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONES3. INSTRUMENTOS DE MEDICIN BSICOS

VCC, 200mV, 2V, 20V 200V 750VVCA. 200mV, 2V, 20V 200V 1000V200 2K, 20K, 200K 2M 20MBuzzer,DiodoA CC, A CC, A CA, A CATest de batera. 1.5V 9VhFE. NPN PNPTTLCapacidad 2nF, 20nF, 200nF, 2uf

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESMULTMETRO

Diapositiva No. 35


Medicin de voltaje


2 =

10 50150 + 50

= 2,5

10V

R1150

0.2V

R250

Diapositiva No. 36


Medicin de corriente

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESMULTMETRO10

=150 + 50

= 50 $

Iniciar la medida con las escalas altas, si se tiene dudadel clculo o el valor de corriente.

R1150

10V

I R250

Diapositiva No. 37


Medicin de resistencias

Si se desconoce el valor de la resistencia, se puedeiniciar con escala mayor, y se vara hacia abajo hasta quela precisin se acerque al uso de los 3 dgitos.

R1150


Diapositiva No. 38


Medicin con base en caractersticas

INSTRUMENTACIN ENTELECOMUNICACIONESMULTMETRO10 10)

2 =

10) + 10)

= 5

Tenga en cuenta la impedancia de entrada delmultmetro, rehaga el clculo anterior, incluyendoeste valor y concluya.

10V

R110 M

R210 M

Diapositiva No. 39


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