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PRACTICA DE LABORATORIO 2
CALIBRACION DE INSTRUMENTOS DE MEDIDA
INTRODUCCION
Calibrar los aparatos de medida es un proceso complejo que involucra conocimientos de metrología, estadística y electrónica, además del conocimiento de software especializado para calibración. En ésta práctica más que calibrar físicamente los aparatos de medición, se aprenderá a contrastar y construir la curva de calibración para un multímetro.
1. OBJETIVOS Construir las curvas de calibración para un multímetro, en los rangos de tensión D.C y A.C, corriente D.C y A.C y resistencia. 2. GENERALIDADES 2.1 CALIBRACIÓN DEL MULTIMETRO Los multímetros digitales ( DMMs ) son aparatos electrónicos multipropósito, con ellos es posible disponer de voltímetros y amperímetros D.C y A.C, óhmetros, capacímetros, termómetros, etc. integrados en un mismo instrumento, donde la selección de los rangos y escalas de medida se hace por de medio perillas y/o teclas y cuya funcionalidad radica en ser instrumentos que en su mayoría pueden ser portátiles. En el mercado existen multímetros de diferentes calidades, siendo los mejores instrumentos los que aseguren elevadas condiciones de exactitud, precisión y reducido tiempo de
Facultad Seccional Duitama Metrología eléctrica y luminotecnia Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020605- estabilización. Este tipo de instrumentos se emplean en laboratorios en donde se hacen necesarias mediciones de gran exactitud. No obstante la calidad y costo del instrumento, éste puede descalibrarse y alterar las cantidades medidas, introduciendo errores. Para evitar los posibles errores se hace necesario recalibrar el instrumento, siendo esto una tarea que se le encarga a algunos laboratorios de metrología, sin embargo con una buena preparación y con la ayuda de los manuales de los instrumentos, estos pueden recalibrarse. Antes de entrar a contrastar y calibrar los multímetros, es necesario conocer el tipo de instrumento, generalmente se distinguen tres variedades, las cuales son: 2.1.1 Multímetros de laboratorio. En los multímetros de laboratorio generalmente se aprovechan cinco funciones para la medición de voltajes D.C y A.C, resistencia y corriente D.C y A.C. Los instrumentos típicos ofrecen alta exactitud y precisión y cuentan con una aproximación de 8 ½ dígitos. La calibración se hace generalmente a través de una interfase compatible con un bus IEEE 488 o una interfase RS232. Los multímetros modernos de laboratorio tienen elementos como microprocesadores y chips de memoria de computadores que pueden realizar cálculos matemáticos complejos, incluyendo almacenamiento de datos y múltiples funciones de auto rango. Al contar con la interfase anteriormente mencionada, se evita la apertura del aparato para su calibración, evitando el desgaste de los aparatos electrónicos de calibración. 2.1.2 Multímetros de banco. Los multímetros de banco cuentan con las mismas funciones de los multímetros de laboratorio, pero tienen menor precisión y exactitud, la resolución típica es de 4 ½ o 5 ½ dígitos. Estos no siempre cuentan con el bus IEEE 488 o la interfase
Facultad Seccional Duitama Metrología eléctrica y luminotecnia Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020605- Figura 1. Curva de calibración. 2.2.1 Curva de calibración del voltímetro. Se conecta el voltímetro patrón V^ P en paralelo con el voltímetro a calibrar VC^ y éstos en paralelo con una fuente de tensión patrón, haciendo variar la tensión entregada por la fuente, se construye la curva de calibración. El voltímetro patrón es un instrumento de clase alta, mientras que el instrumento a calibrar es un elemento de clase baja. La curva de calibración del voltímetro se puede realizar para las escalas D.C y A.C. Figura 2. Calibración del voltímetro. 2.2.2 Curva de calibración del amperímetro. Los amperímetro patrón AP^ y a calibrar AC se conectan en serie con la carga patrón y éstos con una fuente de alimentación, a continuación se hace variar la corriente por el circuito y se determinan los puntos con los
Facultad Seccional Duitama Metrología eléctrica y luminotecnia Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020605- cuales se construyen la gráfica. La curva de calibración del amperímetro se puede realizar para las escalas D.C y A.C. Figura 3. Calibración del amperímetro. 2.2.3 Curva de calibración del óhmetro. Se construye similarmente a las anteriores. Las mediciones se realizan sobre una resistencia variable, o sobre varias resistencias se determina el valor de la resistencia con el óhmetro patrón y luego con el óhmetro a contrastar. Figura 4. Calibración del óhmetro. 2.3 REQUISITOS PRELIMINARES Conocimientos sobre teoría de errores, ajuste de curvas por mínimos cuadrados. Manejo de instrumentos de medida y conocimientos de cada una de sus características de funcionamiento.
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4. PROCEDIMIENTO 4.1 CONTRASTE DEL VOLTÍMETRO 4.1.1 Contraste del voltímetro D.C.
- Monte el circuito de la figura 2. Seleccione el rango VDC y la escala adecuada del voltímetro.
- Varíe la fuente y sitúela en el menor voltaje posible (1.2 V ) y el potenciómetro en el menor valor de resistencia posible.
- Consigne el valor de la tensión dada por los voltímetros VP^ y VC^.
- Varíe la fuente y potenciómetro de forma tal que el voltaje sobre el potenciómetro vaya incrementando. Consigne los valores de VP^ y VC^ en la tabla 3.
- Repita el paso 4 y tome tantas lecturas como sea posible hasta llegar al valor tope de tensión de la fuente y resistencia del potenciómetro. 4.1.2 contraste del voltímetro A.C.
- Monte el circuito de la figura 2. Sustituyendo la fuente D.C por el transformador. Seleccione el rango VAC y la escala adecuada del voltímetro.
- Varíe el potenciómetro de forma tal que quede su mínimo valor de resistencia. Consigne el valor de la tensión dada por VP^ y V^ C.
- varíe el potenciómetro para incrementar la caída de tensión sobre él. Consigne el valor de las tensiones V^ P y VC^ en la tabla 4.
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- Repita el paso 3 y tome tantas lecturas como sea posible hasta llegar al valor tope de la resistencia del potenciómetro. 4.2 CONTRASTE DEL AMPERÍMETRO 4.2.1 Contraste del amperímetro D.C.
- Monte el circuito de la figura 3. Seleccione el rango ADC y la escala adecuada del amperímetro.
- Varíe la fuente y sitúela en el mínimo valor posible (1.2 V ) y el potenciómetro en el máximo valor de su resistencia. Consigne las lecturas de AP^ y AC^ en la tabla 5.
- Incremente la tensión de la fuente y disminuya el valor de la resistencia del potenciómetro, de tal forma que incremente la corriente que circula por el circuito consigne los valores de AP^ y AC^ en la tabla 5.
- Repita el paso 3 y tome tantas lecturas como sea posible hasta llegar al valor de resistencia del potenciómetro hasta aproximadamente R^ ^15 . Sin intentar disminuir aún más el valor de las resistencia ya que se puede cortocircuitar la fuente. 4.2.2 Contraste del amperímetro A.C.
- Monte el circuito de la figura 3. Sustituyendo la fuente D.C por el transformador. Seleccione el rango AAC y la escala adecuada del amperímetro.
- Ajuste potenciómetro en el máximo valor de resistencia posible. Consigne las lecturas de AP^ y AC^ en la tabla 6.
- Disminuya el valor de la resistencia del potenciómetro, de tal forma que incremente la corriente que circula por el circuito. Consigne los valores de AP^ y AC^ en la tabla 6.
Facultad Seccional Duitama Metrología eléctrica y luminotecnia Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020605- Tabla 6. Contraste del amperímetro A.C. A P ( mA ) A A ( mA ) Tabla 7. Contraste del óhmetro. Óhmetro (^) patrón () Óhmetroa contrastar ()
6. CARACTERISTICAS A OBTENER 1) Dibuje cada una de las curvas de calibración (voltímetro D.C, A.C, amperímetro D.C, A.C y óhmetro) 2) Calcule para cada curva el error relativo. Nota: Las curvas de calibración se pueden visualizar mejor si se dibujan sobre papel logarítmico o un formato similar, ya que así se evita el apiñamiento de los valores pequeños. 7. CUESTIONARIO
1. ¿Cuál es el valor de la resistencia interna de los voltímetros V^ P , VC^ y de los
amperímetro AP^ y AC^?
2. ¿Cómo se determina la sensibilidad de los aparatos de medida?
- ¿Qué tipo de error se comete cuando se toman las mediciones utilizando los circuitos de las figuras 2 y 3?
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- Calcule el valor del voltaje real entregado por la fuente a los circuitos de las figuras 2 y 3. BIBLIOGRAFIA BOLTON, Bill. Mediciones y pruebas eléctricas y electrónicas. Barcelona, España : Maracaibo S.A., 1995. GOODWIN, H. M. Elementos de la precisión en las mediciones y métodos gráficos. New York : McGraw Hill, 1913p. LARSON R. J, M L, Max. Introducción a la física matemática y sus aplicaciones. New York : Englewood Cliffis Prentice Hall, 1986. 178p. M, Richard. SMITH, F. WOLF, stanley. Guía para mediciones electrónicas y practicas de laboratorio. Mexico : Prentice Hall, 1992. YOUNG, H. D. Interpretación estadística de datos experimentales. New York : McGraw Hill, 1962.
