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INFORME DE PRÁCTICAS DE LABORATORIOS Y TALLERES ASIGNATURA:

Laboratorio de Metrología CARRERA: Mecatrónica NIVEL Y PARALELO: I “A” Fecha de realización: 10/01/2017 Fecha presentación informe: 17/01/2017 Práctica N° 3

Integrantes Miranda Diego Arboleda Daniel Ayala Rubén

CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DE UN INSTRUMENTO 1. OBJETIVOS: 1.1. Objetivo general: Recopilar datos referentes a las características estáticas de cuatro instrumentos de medición (osciloscopio, generador de funciones, multímetro y fuente DC), mediante la aplicación de aquellas funciones inherentes a cada uno de los instrumentos. 1.2. Objetivos específicos: 1.2.1. Recabar información relativa a aquellas características estáticas que no se pueden deducir con la simple manipulación de los equipos en cuestión. 1.2.2. Adquirir destreza en el manejo de los diferentes implementos de medición. 1.2.3. Medir la resistencia promedio que presenta el cuerpo humano, mediante el cálculo de la resistencia individual de cada integrante del grupo de laboratorio de metrología, haciendo uso de un multímetro. 1.2.4. Generar tres diferentes tipos de onda; sinusoidal, triangular y cuadrada; haciendo uso del equipo respectivo y calculando en base a la gráfica arrojada su frecuencia y demás características. 2. INTRODUCCIÓN: En el presente informe de práctica de laboratorio, por ende, informe de índole experimental, se detallarán cada uno de los términos fundamentales para la comprensión cabal del presente en todos los aspectos, y por ende, del tema motivo de la realización del mismo, “características estáticas de un instrumento de medición”; que quizá debido a la amplitud del tema no se logre detallar todas las características de los equipos en cuestión, pero sí se detallarán las más importantes y las que estén en nuestro alcance; es así que para dar inicio a este informe considero relevante dar a conocer un preámbulo general con respeto al tema del presente. Los instrumentos de medición hacen posible la observación de los fenómenos eléctricos y su cuantificación, pero estos no son sistemas ideales sino reales, y por lo tanto tienen una serie de limitaciones que se deben tomar en cuenta para poder juzgar si afectan de alguna manera las medidas que se realizan y poder determinar así mismo la veracidad de las anteriores. Por esta razón es que se definen varias características que ayudan a definir el comportamiento de los instrumentos, estas características son conocidas como, características estáticas, las cuales se pretenderá encontrar en los implementos de medición que se emplearán en la 1

INFORME DE PRÁCTICAS DE LABORATORIOS Y TALLERES presente práctica. Se debe resaltar el hecho de que en el presente informe de laboratorio se detallará la resistencia promedio de un ser humano tras una experimentación a priori, al igual que ciertos detalles como ficha técnica y propiedades de las ondas generados con los mismos, así y sin más preámbulo daré paso al desarrollo del cuerpo de este informe.

3. MATERIALES Y MÉTODOS:

3.1. Materiales y Equipos Cant.

Material / Equipo

Modelo

Ilustración

Tektronix TDS 1002 Two channel Digital Storage

1

Osciloscopio

1

Multímetro

Fluke 175 True RMS

1

Generador de Funciones

Tektronix CFG253 3MHz

2

INFORME DE PRÁCTICAS DE LABORATORIOS Y TALLERES

1

Fuente DC

BK PRECISION 1760A DC

3.2. Procedimiento 3.1 Para dar inicio con la práctica una vez ya en el laboratorio nos entregaron primeramente los equipos de medición, de los cuales buscaríamos sus características estáticas, entre ellos constaban como lo detallamos anteriormente: una fuente DC, un multímetro, un generador de funciones y por último un osciloscopio. 3.2 Con los instrumentos en nuestras manos debíamos hacer las instalaciones requeridas para su funcionamiento, procesos tales como la conexión de cables de video, de poder y otros de salida y entrada para vincular los diferentes instrumentos algunos de ellos dependientes entre sí para su funcionamiento, como es el caso del osciloscopio y el generador de funciones. 3.3. Posteriormente y ya con todas las adecuaciones necesarias realizadas, pusimos en funcionamiento todos y cada uno de los instrumentos de medición. 3.4. Ya inmiscuyéndonos en el argumento de la práctica directamente, se procedió a encender la fuente DC , ajustando su voltaje o tensión eléctrica a 6,03 V, paso el cual hubiera sido inútil de no conectar en sus pines de entrada positivos y negativos los cables del multímetro con su perilla ubicada en voltaje, respetando siempre dicho código de color correspondientes a los polos de los cables (rojo=+ y negro=-), ya que de los contrario no mediría voltaje alguno o de hacerlo este sería erróneo; entonces el multímetro arrojó una lectura de 5.85 V, así se puede notar la incertidumbre entre lo medido y el valor real, una de la características estáticas, haciendo uso de la ecuación E=I-V(Tabla 1), de igual forma con dichos datos se pudo calcular su gama y escala (Tabla 1), por ende su precisión y exactitud. 3.5. Por otra parte en cuanto respecta a la identificación de la características estáticas del osciloscopio y del generador, equipos que trabajan en conjunto como los detallados a priori, se encendió primeramente los equipos ya conectados entre sí y como lo solicitaba la guía de la práctica, se mandó la señal de una onda triangular, sinusoidal y cuadrada desde el generador de funciones en un rango de 1kHz, de esa manera y al carecer de un generador de funciones digital es imposible calcular la incertidumbre entre el valor real y el valor aproximado, por ende también es imposible calcular su precisión y exactitud; pero si su pudo calcular su rango y escala, así como otras características. 3

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3.6. Por último y para finalizar, haciendo uso del multímetro, ubicándolo en la opción de resistencia medida en ohmios y tomando los extremos se midió la resistencia del cuerpo humano promedio entre los tres integrantes de nuestro grupo de laboratorio, vale la pena recalcar que para complementar aquellas características estáticas que no pudieron ser determinadas a simple vista, se dejó en vilo la consulta de la ficha técnica de cada instrumento. 4. MARCO TEÓRICO 4.1. Características estáticas de los instrumentos de medición Se denominan características estáticas a aquellas en que la variable que se mide en un instrumento permanece constante en el tiempo, o cuando en cada medida se espera para medir la salida un tiempo suficiente para que la respuesta haya alcanzado el valor final o régimen permanente. El régimen estático es útil para caracterizar el comportamiento del sistema de instrumentación cuando la magnitud que se mide varia con un espectro frecuencial que sólo contiene componentes inferiores a la anchura de banda del equipo de medida. “Los instrumentos de medición hacen posible la observación de los fenómenos eléctricos y su cuantificación, pero estos no son sistemas ideales sino reales, y por lo tanto tienen una serie de limitaciones que se deben tomar en cuenta para poder juzgar si afectan de alguna manera las medidas que se realizan y poder determinar así mismo la veracidad de las anteriores”[ CITATION Lab17 \l 12298 ], ahí es cuando las características estáticas entran en juego, ya que estas ayudan a definir el comportamiento de los instrumentos. 4.2. Listado de características esenciales de los instrumentos. En este segmento se detallará todas las características estáticas de los instrumentos de medición, pero solo se profundizará en las de mi consideración principales y/o más relevantes para poder realizar la presente práctica, ya que innumerables son aquellas características, pero selectas aquellas que podemos calcular con la maquinaria de medición y sapiencia en el campo. -Exactitud y precisión -Error -Corrección -Resolución -Sensibilidad -Gama y escala -Banda de frecuencia -Linealidad -Eficiencia -Respuesta estática y dinámica -Error dinámico -Tiempo de respuesta -Tiempo nulo -Sobre alcance

4

INFORME DE PRÁCTICAS DE LABORATORIOS Y TALLERES A continuación definiremos solo aquellas características calculables en los equipos de medición entregados en el laboratorio para la identificación de las mismas, estas son: -Exactitud y precisión.- Son consideradas sinónimos en el lenguaje coloquial, pero en el campo de la medición difieren considerablemente en su significado, por una parte exactitud es definida como la aproximación basta de una medición a su valor real; por otra parte se dice que el valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. -Error.- La exactitud la medimos en función del error. El error se define como la diferencia entre el valor indicado y el verdadero, el cual está dado por un elemento patrón. E=I-V. E= Error I= Valor indicado V= Valor verdadero -Gama y Escala.- La gama de un instrumento es la diferencia que existe entre el máximo valor que se ve en el indicador y el menor. Y la escala en general te indica el grado de incertidumbre que se tiene sobre la medición del equipo. [ CITATION Car05 \l 12298 ] 4.2. Glosario de los instrumentos de medición. - Generador de funciones.- Es un dispositivo electrónico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo.[ CITATION Ins17 \l 12298 ] - Multímetro.- Es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales o pasivas como resistencias, capacidades entre otras. [ CITATION Wik171 \l 12298 ] - Osciloscopio.- Aparato que sirve para registrar oscilaciones de ondas y las presenta en una pantalla. - Fuente DC.- O fuente de corriente directa, es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta. [ CITATION Ecu17 \l 12298 ]

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN: 4.1. Determinar las características estáticas del multímetro y fuente DC por separado, y en conjunto. 4.1.1. Características estáticas de la fuente DC y el multímetro en conjunto. Como se detalló a priori, para el cálculo de las características estáticas de ciertos elementos es necesario que ambos se vinculen, es decir, que se produzca una 5

INFORME DE PRÁCTICAS DE LABORATORIOS Y TALLERES comparación entre un supuesto valor real, en este caso generado por la fuente DC ; y una medición de dicho valor, que vendría a ser el valor aproximado o que tiende al error, es así que basándonos en las mediciones del voltaje recopiladas por los tres integrantes del grupo haciendo uso de un multímetro desde la fuente DC, detallaremos ciertas características estáticas posibles de calcular con dichos datos y especificaciones del modelo del aparato.

Tabla de errores

N° de medición

Valores medidos Xi V

1 2 3

X´

(Valor

5,83 5,99 5,72 6,03

Error absoluto

Error relativo

%

∆X X´

∆x 0,20 0,04 0,31 0,18

Error porcentual

0,030 0,007 0,050 0,029

3,0 0,7 5,0 2,9

Real)

Tabla N°1 N° 1 2 3

X´

Voltaje (V) medido 5,83 5,99 5,72 5,85

Voltaje arrojado por la fuente DC (V) 6,03

Características estáticas -Error: E=I-V. E= Error I= Valor indicado=5,85 V V= Valor verdadero=6,03 V 6

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E=5,85 V −6,03V

E=−0,18 V -Precisión y exactitud: Exactitud: Se la mide en base al error ya calculado a priori que fue de -0,18 V por ende se puede determinar que el multímetro es muy exacto ya que se aproxima mucho al valor real arrojado por la fuente DC. Precisión: Si tiene precisión, ya que dicha característica va de la mano con la facilidad de leer los instrumentos, en ambos casos son digitales por ende fáciles de leer, sin susceptibilidad de cometer errores. 4.1.2. Características estáticas de la fuente DC. -Gama y Escala: Gama: 0 - 1760 A Escala: 1 Escala, la escala también suele ser definida como la incertidumbre sobre la medición del equipo, en este caso sería ± 0,18V 4.1.3. Ficha Técnica Fuente DC

7

1760A

Especificaciones Salida Principal

0-30V (A & B) Salida de voltaje 4-6.5 V (C)

0-2A (A & B) Salida de corriente 5A (C)

Operación de Voltaje Constante

Regulación de línea

≤ 0.01% +3 mV (A&B)

(120 VAC ±10%)

≤10 mV (C)

Regulación de carga

≤0.01% +3 mV (A&B) ≤10 mV (C)

Tiempo de recuperación

100µs

Onda

≤1mVrms

Coeficiente de temperatura

≤300 ppm°C

Operación de corriente constante

Límite ajustable de corriente

5% to 100% (A&B)

Regulación lineal (120 VAC ±10%)

≤0.2% + 3 mA

Regulación de carga

≤0.2% + 3 mA

Onda continua

≤3 mA rms

Medidas Monitor

Two 4-digit LED

Resolución del voltímetro

10 mV

Precisión del voltímetro

± (0.5% rdg + 9 digits)

Resolución del amperímetro

1 mA

8

P

i ió d l

í

t

(0 5% d

9 di i )

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4.1.4. Características estáticas del multímetro -Gama y Escala: Gama: 0 - 1000 V Escala: 12 Escalas, la escala también suele ser definida como la incertidumbre sobre la medición del equipo, en este caso sería ± 0,18V 4.1.5. Ficha Técnica del multímetro Voltaje CC

Voltaje CA

Corriente CC

Corriente CA

Resistencia

Capacidad

Frecuencia

Exactitud

±(0.15% + 2)

Resolución máxima

0.1 mV

Máximo

1000 V

Exactitud

±(1.0% + 3)

Resolución máxima

0.1 mV

Máximo

1000 V

Exactitud

±(1.0% + 3)

Resolución máxima

0.01 mA

Máximo

10 A

Exactitud

±(1.5% + 3)

Resolución máxima

0.01 mA

Máximo

10 A

Exactitud

±(0.9% + 1)

Resolución máxima

0.1 Ω

Máximo

50 MΩ

Exactitud

±(1.2% + 2)

Resolución máxima

1 nF

Máximo

10,000 µF

Exactitud

±(0.1% + 1)

Resolución máxima

0.01 Hz

Máximo

100 kHz

4.2. Determinar las características estáticas del generador de ondas y osciloscopio por separado.

9

INFORME DE PRÁCTICAS DE LABORATORIOS Y TALLERES No hay como determinar características estáticas de ambos instrumentos en conjunto, ya que el generador de ondas no era digital, por ende era impreciso y no tenía una escala determinada, pero si hubo como determinar características estáticas mediante le modelo del instrumento y su ficha técnica.

4.2.1. Características estáticas del osciloscopio. -Gama y Escala: Gama: 0 – 60 MHz -Escala: 5 Escalas, la escala también suele ser definida como la incertidumbre sobre la medición del equipo, en este caso desconocida. -Precisión: Si tiene precisión, ya que dicha característica va de la mano con la facilidad de leer los instrumentos, en este caso es digital por ende fácil de leer, sin susceptibilidad de cometer errores. 4.2.2. Ficha técnica del osciloscopio

10

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4.2.3. Características estáticas del generador de funciones. -Gama y Escala: Gama: 0 – 3 MHz -Escala: 7 Escalas que van desde la de 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1KHz, 10KHz, 100KHz a la de 1 MHz; la escala también suele ser definida como la incertidumbre sobre la medición del equipo, en este caso desconocida. 11

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-Precisión: No tiene precisión, ya que dicha característica va de la mano con la facilidad de leer los instrumentos, en este caso no era digital, funcionaba a perilla, por ende con mucha carencia de precisión. 4.2.4. Ficha técnica del generador de funciones.

CANAL A Rango de frecuencia Sensibilidad Atenuación Max. Tensión de entrada Filtro de paso bajo Impedancia

CANAL B Rango de frecuencia Sensibilidad Impedancia Max. Tensión de entrada

1 Hz a 100 MHz. 20 mVRMS, 1 Hz a 30 MHz; 50 mVRMS, 30 MHz a 100 MHz. 3 V a 42 V (HI); 50 mV a 5 V (LO). 1 Hz a 5 MHz: 42 V pk. 5 MHz a 100 MHz: 4,9 V pk 3 dB a 100 kHz 1,0 MΩ, paralelo a 40 pF.

80 MHz a 1,3 GHz. 5 mVRMS, 80 MHz a 600 MHz; 15 mVRMS, 600 MHz a 900 MHz; 35 mVRMS, 900 MHz GHz 50 Ω 1 VRMS.

Período Rango - Directo Resolución - Directa

0.4 μs a 1.0 s. Escala: 0,04 μs a 1,0 s. 100 ps a 100 ns. Escala: 10 ps a 10 ns

Min. Ancho de pulso Rango de frecuencia Directo

Directo: 0.2 μs. Escala: 20 ns. 1 Hz a 2,5 MHz. Escala: 1 Hz a 25 MHz.

Eventos Promedio (N)

1, 10, 100, 1000, 10.000 ciclos.

Gama de Totalización

0 a 99,999,999.

Ancho de pulso Rango Período Eventos Promedio (N)

0,25 μs a 0,5 s. 100 ps a 100ns 1, 10, 100 o 1000 ciclos.

4.3. Graficar haciendo uso del generador de funciones y del osciloscopio, ondas de tipo Sinusoidal, cuadradas, y triangulares, además calcular su frecuencia y periodo haciendo uso de la ecuación

f=

1 . T

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4.3.1. Función Sinusoidal u Onda de tipo Sinusoidal

T= 576,5 us

4.3.1.1.Características de la onda  Frecuencia= 1.735 KHz

f=

1 T

576,6 us ×

1us =0,0005766 s 106

1 0,0005766 s f =1,7343 KHz f=

-Error: E=I-V. E= Error I= Valor indicado=1,734 KHz V= Valor verdadero=1,735 KHz

E=1,734 KHz −1,735 KHz

E=−0,001 KHz

-Exactitud: De nuestra parte si existió exactitud ya que el resultado calculado mediante la ecuación detallada a priori es muy cercano al arrojado por el osciloscopio. 4.3.2. Onda Cuadrada

13

T= 555 us

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4.3.2.1.Características de la onda  Frecuencia= 1.802 KHz

f=

1 T

f=

1 5 ,5 5 ×10−4 s

550 us ×

1us =5,55 ×10−4 s 6 10

f =1,801 KHz -Exactitud: De nuestra parte si existió exactitud ya que el resultado calculado mediante la ecuación detallada a priori es muy cercano al arrojado por el osciloscopio. .

-Error: E=I-V. E= Error I= Valor indicado=1,801 KHz V= Valor verdadero=1,802KHz

E=1, 801 KHz −1, 802 KHz

E=−0,001 KHz

14

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4.3.3. Onda Triangular

4.3.3.1.Características de la onda  Frecuencia= 1.125 KHz

f=

1 T

f=

1 −4 8,89 × 10 s

889 us ×

1us −4 =8,89 ×10 s 6 10

f =1,124 KHz

-Exactitud: De nuestra parte si existió exactitud ya que el resultado calculado mediante la ecuación detallada a priori es muy cercano al arrojado por el osciloscopio.

-Error: E=I-V. E= Error I= Valor indicado=1,124 KHz V= Valor verdadero=1,125KH...