Informe de Medidas Medidas Electricas - 1 y 2 PDF

Preview

Summary

####### __ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIAMECÁNICA, MECÁNICA ELECTRICA YMECATRÓNICAMEDIDAS ELÉCTRICASPRACTICA N.º : 01-GRUPO N.º : 02TEMA : Introducción a la Utilización de Instrumentos yTeoría de Errores.PROFESOR : DEIDAMIA GIOVANNA CHANI OLLACHICAINTEGRANTES : LLERENA CAMPANA, LUIS GUSTAVO J.####...

Description

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECÁNICA, MECÁNICA ELECTRICA Y MECATRÓNICA

MEDIDAS ELÉCTRICAS PRACTICA N.º

:

01-02

GRUPO N.º

:

02

TEMA

:

Introducción a la Utilización de Instrumentos y

Teoría de Errores. PROFESOR

:

DEIDAMIA GIOVANNA CHANI OLLACHICA

INTEGRANTES

:

LLERENA CAMPANA, LUIS GUSTAVO J.

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

SESION 01-02: INTRODUCCION A LA UTILIZACION DE INSTRUMENTOS Y TEORIA DE ERRORES I.

OBJETIVO:

Utilizando instrumentos de medida comprobar sus características eléctricas de cada tipo de instrumento con la finalidad de poder usar el instrumento adecuado en cada experimento. Reconocer los tipos de errores experimentales que existen en las mediciones eléctricas. II. I.

MARCO TEÓRICO: Las mediciones juegan un papel muy importante en la validación de las leyes de la ciencia. también son esenciales para estudiar, desarrollar y vigilar muchos dispositivos y procesos. Sin embargo, el proceso mismo de la medición implica muchos pasos antes de producir un conjunto útil de información. Estas operaciones se pueden citar como sigue: a. Una selección adecuada del equipo disponible y una interconexión correcta de los diferentes componentes e instrumentos. b. El manejo inteligente del aparato de medición. c. El registro de los datos de un modo claro y completo. d. El cálculo de la exactitud de la medición y las magnitudes de los posibles errores implícitos. e. La preparación de un informe que describa la medición y sus resultados para aquellos que puedan interesarse en su empleo.

2. Registro e informe de las mediciones La hoja original de datos es el documento más importante. Se pueden cometer errores la transferir la información, y por tanto las copias no pueden tener la validez de un original. Por lo tanto, es una práctica excelente rotular, registrar y anotar los datos conforme son tomados. Una breve declaración en el encabezado de la hoja de datos debe explicar el objetivo de la prueba y listar las variables a medir. Se deben anotar cosas tales como la fecha, los diagramas de conexión empleados, los números de serie del equipo y modelos y cualquier comportamiento anormal del instrumento. La forma de reporte debe consistir de tres secciones: -

Resumen de resultados y de conclusiones

-

Detalles esenciales del procedimiento, análisis, datos y estimaciones de error.

-

Información, cálculos y referencias de soporte.

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

3. Presentación gráfica de datos La representación gráfica es un modo eficiente y conveniente de presentar y analizar los datos. Se emplean las gráficas para ayudar a visualizar las expresiones analíticas, interpolar los datos y discutir los errores. Una gráfica siempre debe tener un título, la fecha de cuando se tomaron los datos, los ejes identificados en forma adecuada y con su escala correcta. Un método efectivo de localizar errores experimentales es graficar los datos teóricos antes de llevar a cabo un experimento, después a medida que se lleva a cabo el experimento se comparan los datos reales con los datos predichos, esto es los datos se grafican al mismo tiempo que se toman y no después; en muchos casos se puede detener le experimento, para analizarlo, tan pronto como se noten muchas discrepancias entre los datos predichos y los reales. Además, cualquier punto inesperado puede verificarse antes de desmantelar el experimento. 4. Precisión y exactitud Un ejemplo para aclarar ambos conceptos sería, imagínese un instrumento que tiene un defecto en su funcionamiento, el instrumento puede estar dando un resultado que es altamente repetible de medición a medición, pero alejado del valor verdadero. Los datos obtenidos de este instrumento serían de alta precisión, pero muy inexactos. 5. Evaluación estadística de datos Los métodos estadísticos pueden ser muy útiles para la determinación del valor más probable de una cantidad partiendo de un grupo limitado de datos: - Valor promedio o medio de un conjunto de mediciones. (𝑀) - Error medio, del conjunto de errores fortuitos de medición, debido a los factores ambientales, factores de montaje, etc. (𝛿𝑀 ) - Error relativo, del conjunto de errores permanentes, debido al calibrado de los aparatos de medida, de los sistemas de medida, etc. (ε) A este respecto se habrán de tener en cuenta las siguientes consideraciones. a) En las medidas industriales y en los cuadros de distribución de centrales y estaciones de distribución, basta con una exactitud limitada; en estos casos se utiliza simplemente el valor promedio de las mediciones realizadas. Valor más probable de medida: M b) En las medidas para laboratorios industriales, es necesaria una exactitud media; ahora ha de tenerse en cuenta también el error medio, debido a los errores fortuitos. Valor más probable de medida: 𝑀 ± 𝛿𝑀 c) En las medidas para laboratorios de investigación, y en el calibrado para los aparatos de medida, es necesaria una exactitud elevada; han de tenerse en cuenta tanto los errores fortuitos como los errores permanentes de los aparatos y dispositivos de medida.

Valor más probable de medida: 𝑀 ± 𝛿𝑀 ± 𝜀

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

III.

ELEMENTOS A UTILIZAR: • • •

IV.

Amperímetro analógico y digital. Multímetro analógico y digital Voltímetro analógico y digital

PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: a) Determinación del valor de una resistencia:

-

MÉTODO DIRECTO Se utilizará un ohmímetro para la medición directa del valor de una resistencia Rx.

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

Tabla 1 N.º de

Rx (ohmios)

𝜹𝒙𝒊

1

75

0.038

2

74.9

0.138

3

75.5

0.462

4

75.2

0.162

5

74.8

0.238

6

74.5

0.538

7

75.1

0.062

8

75.3

0.262

medición

Error

Error

medio

relativo

(ohmios)

𝜹𝑴

ε

75.038

0.237

0.001

Promedio M

MÉTODO INDIRECTO Se utilizará un amperímetro y un voltímetro para determinar mediante la ley de Ohm el valor de una resistencia Rx. - Armar el siguiente circuito.

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

b) Tomar nota de diferentes valores de tensión y corriente, para un mismo valor de resistencia Rx.

Tabla 2 N.º de medición

V

𝜹𝒙𝒊𝑽

1

128

0.038 1.707

0.025

2

127.8

0.238 1.698

0.034

3

128.6

0.562 1.771

0.039

4

128.1

0.062 1.684

0.048

5

127.6

0.438 1.789

0.057

6

128.3

0.262 1.691

0.041

Promedio

7

127.7

0.338 1.765

0.033

M

A

𝜹𝒙𝒊𝑨

Error

Error

medio

relativo

(voltios)

𝜹𝑴

ε

128.038

0.262

0.001

Error

Error

medio

relativo

(amperios)

𝜹𝑴

ε

1.732

0.037

0.008

Promedio

8

128.2

0.162 1.751

0.019

M

Rx (ohmios) 73.925 ± 2.073

V.

CUESTIONARIO:

5.1.- Describa con sus propias palabras la diferencia entre exactitud y precisión, tal como se emplean en relación a las mediciones experimentales.

Exactitud

Precisión

Exactitud indica el grado de cercanía Es la cercanía de dos o más valores de entre un valor medido o más mediciones varias mediciones entre sí. independientes a un valor verdadero.

Hay más precisión entre más cerca estén

Entre más cerca se encuentra una los valores de diferentes mediciones. medición del valor real, menor es el error y más exacta es.

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

Dicho de otra manera, la precisión es la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en diferentes mediciones realizadas en las mismas condiciones y exactitud es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real. 5.2.- ¿Cuáles son las tres clases generales de errores de medición? Explique. Errores Absoluto: Se denomina error absoluto al valor absoluto de la diferencia entre el valor observado, medido y su valor verdadero, expresado en las mismas unidades que la variable, es decir, el valor de dicha diferencia sin considerar su signo. Errores Relativo: El error relativo de una medida es el cociente entre el error absoluto de la medida y el valor real de ésta. El cálculo del error relativo en un proceso de medida nos aporta más información que el simple cálculo del error absoluto. Errores de Medición: Errores Sistemáticos: Invariablemente, tienen la misma magnitud y signo, bajo las mismas condiciones. Es la tendencia sistemática a subestimar o sobrestimar Errores Aleatorios: Un error es considerado aleatorio si el valor de lo que se mide se incrementa a veces o se reduce en otros casos. 5.3.- Un amperímetro de 0 a 50 mA tiene una exactitud de 0.5 ¿Entre que limites puede estar la corriente real cuando el medidor indica 13 mA? El valor de la corriente real estaría dado por: 𝟏𝟑 ± 𝟎. 𝟓 𝒎𝑨 5.4.- Considerando la precisión de las lecturas permitidas en los instrumentos analógicos, realice una clasificación de estos instrumentos. Instrumentos analógicos: Es aquel que indica el valor de la variable a medir en forma continua con ayuda de una aguja y se transfiere directamente a una escala de medición haciendo uso solo de las propiedades físicas de los materiales. La magnitud medida se traduce en una señal analógica. Tienen un sistema que traduce la medida (traductor) y un sistema que nos indica la medida (indicador) Dependiendo del sistema que se utilice como indicador, existen diferentes tipos de aparatos: Amperímetros Magnetoeléctricos: constan de una bobina y un imán que producen dos campos magnéticos, Sólo se emplean para corriente continua, tienen gran precisión y sensibilidad. Son: amperímetros, voltímetros, óhmetros, etc. (obsoleto). Electromagnéticos (o de hierro móvil): formados por una bobina con un interior constituido por dos núcleos de material ferro magnético, uno fijo y otro móvil, este

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

último conectado a la aguja indicadora. Se usa para amperímetros y voltímetros tanto de corriente continua como alterna. (Frecuente) Corriente de inducción: están formados por un electroimán atravesado por una corriente alterna que da lugar a un campo magnético variable, deteniéndose la aguja en una determinada posición de la escala. Se usan para amperímetros y voltímetros de corriente alterna. (Frecuente) Electro térmicos: se basan en el efecto Joule (calor). Actualmente se utilizan las láminas bimetálicas, que al pasar una corriente eléctrica el metal se va alargando, transmitiendo el movimiento a la aguja, obteniendo la medición indicada, se usa con Corriente continua como alterna. (Poco usado). 5.5.- Si las lecturas de resistencias tomadas en la tabla 1, fuera para una estación de distribución, en un laboratorio industrial y en un laboratorio de investigación ¿Cuál sería el valor más probable de la medida? El valor mas apropiado a ser considerado como la lectura real de la medición sería el valor promedio de todas las lecturas obtenidas en la investigación. Para la tabla uno consideraríamos 75.038 Ω . 5.6.- Explique el procedimiento para hallar el valor de la resistencia Rx cuando se realiza la medición indirecta, ¿Cómo se calcula su error? Como ya sabemos, la tensión, la resistencia y la intensidad están relacionadas entre sí mediante la Ley de Ohm, entonces sabiendo los valores de tensión e intensidad que circula por un componente obtendremos el valor de la resistencia. 5.7.- Explique cómo se determina el error de una variable hallado por el método directo y por el método Indirecto. Error en Medidas directas: Las que se obtienen comparando la magnitud con el patrón directamente o mediante un aparato calibrado. Así se pueden medir la longitud, la masa, el tiempo. Como primer paso procedemos a calcular el Promedio (𝑋𝑃 ) de todas las mediciones obtenidas a través en las mismas condiciones, difieren unas de otras y las variaciones son puramente accidentales, seguido a lo anterior calculado procedemos a calcular el Error medio (δ𝑀 ), este es el cociente del valor promedio por el número de variaciones, obtenido el valor medio procedemos a calcular la dispersión, se define como la medida cuadrática de las desviaciones individuales respecto al valor medio, obtenida la dispersión seguido de ello calculamos la

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

inseguridad, como consecuencia de la dispersión, el resultado de una serie de mediciones y el promedio de esta misma serie son siempre más o menos inseguros. Como ultimo paso descendemos al cálculo del Error Relativo del Promedio (ε), este se obtiene a través del cociente del factor de la inseguridad por el valor promedio. Por lo tanto, el valor final de la medida sería: 𝐴 = 𝑋𝑃 ± δ𝑀 ± ε Error en Medidas indirectas: Las que se calculan a partir de magnitudes medidas directamente. Así suelen obtenerse la velocidad, la superficie. Buscaremos alguna expresión general que nos permita determinar el mejor valor y la incertidumbre, independientemente de la complejidad de la función matemática.

VI.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: La exactitud depende de la calibración de los instrumentos de medición. Mientras mejor estén calibrados, menos es el margen de error y más exacto es el instrumento. La precisión tiene que ver con la repetibilidad. Es decir, qué tanto se repiten una serie de medidas o acciones, siempre que se usen instrumentos similares, se mida lo mismo y bajo las mismas condiciones. Todas las medidas están afectadas en algún grado por un error experimental debido a las imperfecciones inevitables del instrumento de medida. En conclusión, no se puede obtener valores exactos. Además, existen instrumentos de medición con menor error que otras, pero estos equipos tienden a ser más costosos. Cuantas más mediciones se hagan, por lo tanto, más se acercará el promedio al “verdadero valor” de la magnitud en cuestión, y la fluctuación será cada vez menor, lo que implica que el error será mínimo. La exactitud da una idea del grado de aproximación con que el valor medido concuerda con el valor verdadero; es decir, es la cercanía del valor experimental obtenido al valor real de dicha medida. Se la asocia con la calidad de la calibración del instrumento respecto de los patrones de medida. La precisión indica repetibilidad de los resultados; es decir, el grado con el cual las medidas sucesivas arrojan idénticos valores. También está asociada a la sensibilidad o menor variación de la magnitud que se pueda detectar con un instrumento (o un método de medición).

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI

P. P. Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica __________________________________________________________________________________

VII.

BIBLIOGRAFIA:

Taylor J. R. An Introduction to Error Analysis. The Study of Uncertainties in Physical Measurements. University Science Books (1982) D. Lucchesi, “Metrotecnia, tolerancias e instrumentación”, editorial labor S.A Martínez de San Vicente, “Metrología mecánica”, UNR Dpto. de Física de la Materia Condensada. Cálculo de errores en las medidas. Universidad del País Vasco. Leioa (Vizcaya) J. GOLDEMBERG. Física General y Experimental Volumen 1. http://www.fisica.uns.edu.ar/albert/archivos/12/221/2979865071_laboratorio.pdf

Guía de Medidas Eléctricas – Ing. ChanI...