Análisis de resistencia interna del Amperímetro y Voltímetro

I.- OBJETIVOS

• Familiarizarse con el voltímetro y el amperímetro.
• Determinación de la resistencia interna usando circuitos serie y paralelo en corriente continua.
• Ampliación del rango de medición del voltímetro y el amperímetro.

II.- FUNDAMENTO TEORICO

AMPERIMETROS Y VOLTIMETROS

Los instrumentos mas comunes para medir el potencial o la corriente utilizan un dispositivo denominado galvanómetro de D’arsonval. En el campo magnético de un imán de un imán permanente se coloca una bobina de cable fino giratoria, como se observa en la Fig. 1. Cuando pasa corriente por la bobina, el campo magnético ejerce sobre ella un torque que es proporcional a la corriente.

Un resorte se opone al torque, en una acción similar a la de la cuerda de un reloj sobre el volante, ejerciendo un torque restaurador proporcional al desplazamiento angular.

La desviación angular de la aguja indicadora unida a la bobina móvil es entonces directamente proporcional a la corriente de la bobina y puede calibrase el dispositivo para medir la corriente. La desviación máxima diseñada para el medidor, normalmente entre 90º y 120º, se denomina desviación a fondo de escala. La corriente necesaria para producir esta desviación (normalmente entre 10 mA y 10 mA ) y la resistencia de la bobina ( típicamente entre 10 y 1000 Ohmios) son las características esenciales del medidor.

Consideremos a continuación la utilización del medidor de D’Arsonval como instrumento de medición de la corriente, llamado normalmente amperímetro.

Para medir la corriente de un circuito, debe insertarse un amperímetro en serie con el circuito de modo que la corriente que se desea medir pase realmente a través de él. Evidentemente, es deseable que la resistencia del instrumento sea mucho menor que la del resto del circuito, de modo que cuando se acopla el instrumento no varíe lo que queremos medir. Un amperímetro ideal debería tener resistencia nula.

Es mas, el alcance de funcionamiento del galvanómetro, si se utiliza sin modificación alguna, está limitada a una corriente máxima de 1 mA. Este intervalo puede ampliarse y reducir al mismo tiempo la resistencia equivalente, conectando una pequeña resistencia RSH en paralelo con la bobina móvil, como se muestra en la fig. 2. El resistor en paralelo se denomina shunt; su efecto es permitir que parte de la corriente del circuito I se desvíe del medidor y pase por el shunt.

Vamos a considerar ahora la construcción de un voltímetro. Este instrumento mide las diferencias de potencial entre dos puntos, y sus terminales deben conectarse a estos puntos. Un voltímetro ideal tiene una resistencia infinita.

AMPLIACION DEL RANGO DEL AMPERIMETRO

Donde :

• Ii = Corriente necesaria para llevar la aguja a desviación máxima.
• Ri = Resistencia interna del galvanómetro
• IRango = Nuevo rango de corriente
• Rsh = Resistencia en paralelo para ampliar el rango del amperímetro.

AMPLIACION DEL RANGO DEL VOLTIMETRO

Donde:

• Ri = Resistencia interna del voltímetro
• Vi = Rango de voltaje del voltímetro
• VRango = Nuevo rango de voltaje
• Rs = Resistencia en serie para ampliar el rango del voltímetro.

DETERMINACION DE LA RESISTENCIA INTERNA DE LA FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA

III .- MATERIALES Y EQUIPO

• F : Fuente VCC = 0-10 V Heath EUW-17 (AC 110V)
• A : Amperímetro I = 1, 10 100 mA Weston Model 660
• mA : Galvanómetro Heath EUW-18
• RN : Caja de Resistencias Heath EU-30A
• R : Resistencia variable de 15 a 10 KW Heath EU-28A
• Rsh : 10 W
• V : Galvanómetro en 2.5 V Weston Model 660

IV.- PROCEDIMIENTO

Medida de Resistencia Interna y ampliación de Rango de un Galvanómetro

Se instala el circuito Nº 1 sin RN.

Sin RN y variando F y R para buscar que la desviación de la aguja del mA indique hasta el fondo de la escala, se obtuvo una corriente de 1.1 mA.

Conectando RN, y manteniendo I constante se hizo RN = Ri en el valor de 41 Ohmios.

Se colocó Rsh y se determinó el rango de medición del nuevo instrumento. Obteniéndose la siguiente tabla:

Medida de la Resistencia interna del voltímetro y ampliación de su rango

Se instaló el circuito Nº 2 sin RN.

Con el rango del voltímetro en 2.5 V y variando F, se llevó la aguja del voltímetro a la máxima defección.

Conectando luego RN como se indica en el circuito y variando RN hasta que la aguja indique la mitad de la desviación máxima. Se obtuvo un RN = Ri cuyo valor fue de 53 K.

Se obtuvo la siguiente tabla:

Determinación de la resistencia interna de la fuente de corriente continua.

Ajustando la fuente de tensión a 2.5 V (Sin RL) se instalo el circuito N 3.

Se midió la corriente en función de RN y se obtuvo la siguiente tabla:

CUESTIONARIO

1.- Explique porqué RN = Ri para el método usado en el amperímetro

Porque si pasa la mitad de la corriente por el mA significa que la otra mitad de la corriente pasa por RN y esto se da cuando las dos resistencias tienen el mismo valor.

2.- Razónese porque el voltímetro y el amperímetro con sus características permite medir E e I respectivamente.

El amperímetro se inserta en serie para que la corriente haga que la aguja se mueva. Pero no toda la corriente pasa por la aguja, sino que se diseña un circuito en paralelo para que por la aguja pase solamente la corriente que puede soportar como máximo. Y además la resistencia interna del amperímetro debe ser baja para que no afecte a la corriente del circuito a medir.

El voltímetro por el contrario debe tener una resistencia elevada porque al colocarlo en paralelo, debe tomar mas que una pequeña corriente suficiente para hacer que la aguja se desplace y se pueda hacer la medición.

3.- Qué significado tiene la sensibilidad del voltímetro.

La sensibilidad del voltímetro relaciona la resistencia que tiene por cada voltio. Mientras mas resistencia interna tenga menos corriente tomará y no afectara al circuito a medir.