Haciendo tu Voltmetro Analógico

Cuando uno estudia una carrera tiene que enfocarse y aplicarse en todos los conocimientos adquiridos, muestra de ello es la elaboración de un voltmetro analógico que contó como proyecto para la asignatura de Medición e Instrumentación, este proyecto fue hecho en equipo y nos costó mucho trabajo por varias razones:

1.- En nuestra vida habíamos hecho algo parecido.
2.- Los valores de resistencias tenían que ser lo más exacto posible (difíciles de conseguir).
3.- Se nos quemó varias veces el fusible interno.
4.- Para conseguir el galvanómetro nos costó un gran esfuerzo (grande), porque necesitabamos desarmar un voltmetro analógico hecho que contara con diagrama de circuito y explicación de valores.
5.- Y después adaptarlo para que pudiera ser funcional.
6.- Los cálculos sencillos en su elaboración pero difíciles en la implementación, el valor del galvanómetro es la clave.
7.- Pocos recursos.
8.- No quedaba bien el selector.

Pero bueno mejor denle una revisada.

Anuncios

Voltmetro Digital Casero

Como proyecto final en la asignatura de Medición e Instrumentación realicé un voltmetro digital, gracias a la gran ayuda del profesor pude lograr lo que hasta ese momento considereba imposible.

Transductores

Definición.

 

A un transductor se le puede definir como un dispositivo, el cual al ser afectado por la energía de un sistema de transmisión, proporciona por consecuencia energía de la misma forma o de otra hacia otro sistema de transmisión. Pueden ser de varias formas de energía, entre las principales son: eléctrica, mecánica, química, óptica o térmica.

 

Un transductor se utiliza principalmente en un sistema de instrumentación electrónico que consta por lo general de un dispositivo de entrada, un dispositivo de procesamiento y un dispositivo de salida, el transductor se utiliza para llevar de un sistema no eléctrico a uno eléctrico para su medición.

 

Clasificación.

 

Existen varios tipos de clasificaciones, entre ellas están según su aplicación, por su método de conversión de energía, por la naturaleza de la señal de salida, entre otras. De esta manera es más conveniente para la materia determinar su clasificación de acuerdo a los principios eléctricos en los que se basan que son los siguientes:

 

Transductores Pasivos: Son los que requieren potencia externa.

 

Resistencia.

 

Ejemplos:

 

Dispositivos potenciométricos, Galga extensiométrica resistiva, Medidor de alambre caliente, termómetro de resistencia, termisor, higrómetro de resistencia, celda fotoconductiva.

 

Capacitancia.

 

Ejemplos:

 

Medidor de presión de capacitancia variable, micrófono de capacitor, medidor dieléctrico.

 

Inductancia.

 

Ejemplos:

 

Transductor de circuito magnético, detector de reluctancia, transformador diferencial, medidor de corriente parásita, medidor de magnetostricción,

 

 

 

Voltaje y Corriente.

 

Ejemplos:

 

Detector por efecto de Hall, cámara de ionización, celda fotoemisiva, tubo fotomultiplicador.

 

Transductores de autogeneración: No requieren potencia externa. Generan voltaje o corriente analógica cuando son estimulados.

 

Ejemplos:

 

Termopar y termopila, generador de bobina móvil, detector piezoeléctrico, celda fotovoltaica.

 

Principios de Funcionamiento.

 

Desplazamiento.

 

Se les llama también dispositivos sumadores de fuerza. Funcionan detectando la fuerza de desplazamiento por medio de la variación de su estructura, esto quiere decir que al ejercer presión permite el mayor o menor paso de corriente, la variación en cuanto a su capacitancia o inductancia de acuerdo al tipo de transductor. Se utilizan principalmente para el control, regulación y medición en proyectos de construcción

 

Fuerza y deformación.

 

Su funcionamiento se basa en la aplicación de fuerza de presión sobre el transistor, parecido un poco a los de desplazamiento porque también es debido a la variación de su estructura lo que permite la variación de corriente de entrada. Se utilizan para la fabricación de materiales que se necesitan comprobar para su mejor calidad y el control de sus características al moldearlos o ensamblarlos.

 

Efectos fotoeléctricos.

 

Se aplican para la recarga de batería, para el uso de voltaje que se puede obtener de la luz solar, para puertas automáticas, alarmas, etc. Su funcionamiento consiste en dejar pasar la energía luminosa provocando que el fotocátodo emita electrones y mande una señal eléctrica de salida como respuesta.

 

Presión.

 

Se puede utilizar para medir presiones absolutas o relativas de gases para experimentación y uso de presión como fuerza de carga, electromedicina, manómetros digitales, automática, robótica, aeronáutica, hidráulica y neumática, mediciones de nivel, máquinas y herramientas, automoción.

 

Flujo.

 

La caída de presión es prácticamente constante, mientras que el área por la que circula el fluido varía con la velocidad de flujo. Miden flujo térmico estático y transitorio que sirve para la detección de variaciones en el estado climático además pueden detectar el flujo de gases que ayudan a determinar el nivel de gas que fluye en determinados sistemas.

 

 

Temperatura.

 

Emplean un elemento sensible de alambre, que puede ser de platino, cobre o níquel puro esto permite que mediante más temperatura se le aplique, mas va a decrementar la resistencia. Se usa para medir temperatura de líquidos principalmente, aunque también son usados para sólidos y gases.

 

 

Variables químicas.

 

Se utilizan experimentalmente y para control de calidad de las sustancias ya que determinan el nivel de pH y el nivel estimado de cantidades de elementos químicos. El dispositivo es sensible a un cierto material químico, al tener contacto con el permite el paso de corriente, mientras más se tenga la presencia de ese elemento mayor será el paso de corriente.

 

Humedad.

 

Se utilizan dos tipos de transistores: los psicrómetros y los transductores capacitivos, que permiten determinar la humedad por medio de la temperatura del ambiente y del aire saturado de agua que se encuentran relacionadas con la presión del vapor del aire. Se ocupan en las estaciones meteorológicas para detectar el estado climático, es esencial para determinar la formación de huracanes y precipitaciones.

 

Intensidad luminosa.

 

Su principio de funcionamiento es parecido al de efectos fotoeléctricos, ya que se utilizan varios tipos transistores fotosensibles que funcionan al contacto con la luz estimulando su estructura de tal forma que permitan el paso de corriente al aumentar la cantidad de luz. Sirve para comunicación de datos, por ejemplo en un lector de discos, para el diseño de alarmas, para control de calidad en pantallas de cualquier tipo.

Mediciones Eléctricas

Según el CENAM se tiene la siguiente referencia de algunas unidades de medición con respecto a la Conferencia de Pesas y Medidas y los estándares Internacionales:

 

El Ampere (A) se define como la intensidad de una corriente constante, que mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable, colocados a un metro de distancia entre sí en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2 X 10-7 newton por metro de longitud (9ª Conferencia General de Pesas y Medidas, 1948).

 

Con corriente continua se calcula aplicando la ley de Ohm, en c. c. tiene una incertidumbre de ±2μA/A a ±7μA/A, (con un nivel de confianza del 95%). El patrón nacional de intensidad de corriente continua tiene un alcance de 100μA a 1A. Para cubrir ese intervalo se tienen: un resistor patrón de 10kΩ con el que se obtienen los valores de referencia de 100μA y 1mA, un derivador de corriente continua de referencia, para obtener los valores de 10mA a 1A, así como un medidor de tensión de alta resolución y baja incertidumbre para medir las caídas de tensión en los resistores.

 

Con corriente alterna se logra mediante el efecto termoeléctrico que consiste en la transferencia de energía eléctrica a calor, observado en termoconvertidores de unión sencilla, donde la energía eléctrica existente es proporcional a la intensidad de corriente alterna. Su alcance es de 10 mA a 20 A a una frecuencia de 40 Hz a 1 kHz con una incertidumbre de ±55 mA/A a ±110 mA/A. (con un nivel de confianza de 95 %). Se apoya el cálculo con los valores de la corriente directa, y se calibre con EUA.

 

El Volt (V) en corriente continua:  Se establece a través del efecto Josephson que permite la reproducción del volt con referencia al patrón nacional de frecuencia y a constantes físicas fundamentales. Tiene como incertidumbre: ±0,01 μV/V, (con un nivel de confianza de aproximadamente 95 %). El CENAM desde 1994 utiliza dos materiales superconductores separados por un dieléctrico muy delgado, cuando se irradia con una señal de muy alta frecuencia se genera una tensión de c.c. a través de la unión, que depende únicamente de la frecuencia de la señal irradiada y de constantes físicas fundamentales (h/2e). Se cuenta con dos circuitos integrados superconductores con 3660 y 20208 uniones Josephson respectivamente conectadas en serie a lo largo de una microcinta que opera como guía de onda cuyo intervalo es de -12 V a +12 V. Gracias a que es un sistema muy estable no es necesario en México calibrarlo, pero si se debe de estar comparando con sistemas semejantes que tienen en Estados Unidos de América.

 

El Volt (V) en corriente alterna: Se obtiene por un conjunto de transferencias térmicas en estado sólido con las cuales se determina el valor eficaz de una tensión. Incertidumbre expandida: ±20 x 10-6 en el intervalo de audio frecuencias, ±90 X 10-6 a frecuencias de 1 MHz (con un nivel de confianza de aproximadamente 95%). Tiene un alcance de medición de 500 mV a 1000 V a frecuencias de 40 Hz a 1 MHz; esta medición se obtiene después de haber sacado la c. c. y haberla pasado por transferencia térmica, después se calcula para tener varios marcos de referencia. Este valor es el que se usa para establecer de forma clara el Patrón Nacional de Potencia y Energía.

 

El Ohm (Ω): Se determina con corriente continua, tiene un valor definido por el valor promedio de un conjunto de resistores patrón de 1 Ω, tipo Thomas, mantenidos en un baño de aceite a una temperatura controlada de 25 °C. Tiene una incertidumbre de ±0,24 μΩ/Ω (con un nivel de confianza de 95 %). A partir de esta medición se establecen los valores de la escala de resistencia eléctrica, la cual va desde 1 mΩ (10-3 Ω) hasta 1 TΩ (1012 Ω). Para establecer los valores de resistencia desde 1 Ω hasta 100 MΩ, se utilizan dispositivos de transferencia tipo Hamon. Para establecer los valores desde 100 MΩ hasta 1 TΩ, se ha desarrollado un sistema de medición basado en un puente de Wheatstone modificado. Para establecer los valores menores de 1 Ω, se utiliza un puente de resistencia automático que opera bajo el principio de un comparador de corriente, el cual permite determinar, de forma directa, los valores de resistencia de 100 mΩ, 10 mΩ y 1 mΩ respecto del patrón nacional. Esta medición se compara con la de Estados Unidos de América, pero pronto se establecerá el Efecto Hall Cuántico en México y será independiente de otros países.

 

El Watt (W): El patrón se mantiene a través del conocimiento técnico de las magnitudes de tensión en c. a., resistencia eléctrica, capacitancia y tiempo, de las que se deriva el patrón, y que permiten establecer una trazabilidad hacia los patrones nacionales. El patrón nacional de potencia y energía eléctrica (Watt y Joule) es considerado como el sistema de referencia de menor incertidumbre instalado en México. Estos patrones se comparan actualmente con Canadá y EUA. Para determinar el valor de potencia electromagnética en alta frecuencia, se tiene un montaje de termistor mantenido a temperatura controlada y operado por un puente del tipo NIST IV, el cual proporciona la polarización de corriente continua para el termistor y, a la vez, mantiene el horno del montaje a una temperatura controlada, siendo este el único acreditado que hay en México.

 

Los Henrios (H): Consiste en la media del valor de tres inductores patrón con núcleo toroidal no magnético, que tienen un valor nominal de 10 mH a una frecuencia de 1 kHz, a temperatura ambiente. El valor del patrón nacional de inductancia tiene un valor definido por el valor promedio del conjunto. Incertidumbre de ±0,052 mH/H (con un nivel de confianza del 95%). La medición cubre el intervalo entre 100 mH (10-4 H) y 10 H empleando patrones de inductancia de alta estabilidad y coeficiente térmico de (+30 ± 10) (mH/H)/°C. Los patrones con valor nominal de 1 mH a 10 H son calibrados a dos terminales, mientras que los patrones con valor nominal de 100 mH son calibrados a seis terminales para permitir la medición de la inductancia parásita presente en las terminales del inductor. El valor de calibración de los inductores tiene una temperatura de 23 °C, la cual es medida con un termómetro digital con sensores de resistencia de platino con resolución de 0,001 °C. Esta medida se compara en Alemania.

 

Los Faradios (F): Se define por el valor promedio de un conjunto de capacitores patrón con dieléctrico de sílica fundida, con un valor nominal de 10 pF a una frecuencia de 1 kHz, mantenidos en baños de aire a temperatura controlada. Tiene como incertidumbre ±1×10-6 (con un nivel de confianza del 95%). El alcance de medición es de 1 pF (10-12 F) a 1 F. Para establecer los valores de capacitancia de 1 pF a 100 pF se emplean capacitores de dieléctrico de sílica fundida. Para el valor de 1 nF (10-9 F) se emplean capacitores de dieléctrico de nitrógeno seco, para valores de 10 nF a 1 mF (10-6 F) se utilizan capacitores de dieléctrico de mica, y para valores de 10 mF a 1 F se emplea un capacitor de cuatro terminales cuyo funcionamiento está basado en transformadores de relación. Para realizar el escalamiento a partir del patrón nacional, se utiliza un puente de capacitancia basado en un divisor inductivo de tensión y capacitores de balance, los cuales permiten realizar mediciones con relaciones de 1:1 y 10:1, con una resolución de 0,1 aF. Se utiliza como referencia para la capacitancia y el watt, y se calibra en Alemania.

 

Fuentes:

http://www.cinstrum.unam.mx/                                                    UNAM

http://www.cinvestav.mx/                                                                 IPN

http://www.cenam.mx/patrones/Default.aspx