Práctica 0 medidas electricas

TECNOLOGÍA ELECTRICA (I.T.OO.PP.)
MEDIDAS Y ERRORES
PRÁCTICA 0
Medidas y errores. Aparatos de medida eléctricos
1.1
Medidas eléctricas.
Las técnicas de medidas eléctricas dan lugar a varias operaciones fundamentales, que
serán:
Probar o ensayar.- Consiste en determinar la existencia, aparición o desaparición de
una magnitud, o bien a expresar la tendencia a exceder o quedar por debajo de un
determinado valor. Presenta poca exigencia de exactitud. Un ejemplo podría ser un
comprobador de tensión, que indicará si hay o no tensión en un elemento.
Medir.- Entraña al determinación numérica de la magnitud, sometida a comparación
con una unidad determinada. Es importante conocer el grado de exactitud de la medida.
Calibrar o verificar.- Es la comparación de un aparato de medida con un patrón
normalizado y que se refiere a la misma magnitud a medir.
Las medidas eléctricas se pueden clasificar en las siguientes categorías:
Medidas analógicas.- La cantidad medida es análoga a la mostrada por el aparato de
medición, la cantidad medida se controla continuamente. Un ejemplo podría ser la
corriente en un galvanómetro.
Medidas comparadas.- La cantidad que está siendo medida se compara con unos
estándares para determinar su valor. Un ejemplo podría ser el método de sustitución
para medir resistencias.
Medidas digitales.- La medida que se muestra en la pantalla es el resultado de un
muestreo de la señal a medir a intervalos regulares de tiempo.
1.2
Error
Cuando se procede a la medición siempre aparecen errores, que pueden clasificarse
genéricamente como errores aleatorios y sistemáticos. Los errores aleatorios varían de
forma impredecible; los sistemáticos permanecen constantes para diferentes mediciones.
Al margen de esta clasificación general, también puede hablarse de errores humanos en
la medición.
1.2.1 Fuentes de errores aleatorios
1. - Errores operativos.- Son debidos a situaciones que inducen variaciones en las
lecturas que perciben los operadores, errores de paralelaje, inexactitud en medidas entre
dos marcas de escalas,...
2. - Errores ambientales.- Se introducen como consecuencia de efectos del ambiente,
como temperatura, humedad,...
3. - Errores estocásticos.- Son los producidos por procesos aleatorios, error debido a
ruido eléctrico,...
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1.2.2 Fuentes de errores sistemáticos
1. - Errores de fabricación.- Son debidos a errores en los elementos utilizados para la
construcción de los aparatos de medida, así como del proceso de fabricación.
2. - Errores de cero.- Se originan al posicionar incorrectamente el cero del instrumento.
3. - Errores de calibración.- Debidos a una incorrecta calibración.
4. - Errores de envejecimiento.- Producidos como consecuencia del envejecimiento,
desgaste de piezas...
5. - Errores de inserción o carga.- Son debidos a que el propio aparato para realizar la
medición, afecta al sistema a medir.
1.2.3 Fuentes de errores humanos
1. - Errores de lectura.- El operador realiza una lectura incorrecta.
2. - Errores de cálculo.- El operador realiza un fallo de cálculo.
3. - Instrumento incorrecto.- El instrumento o método de medida elegido no es el
correcto, obteniendo resultados falsos.
4. - Ajuste incorrecto.- El operador ajusta incorrectamente el sistema de medida.
1.3
Cuantificación de errores y medidas
Los errores de medida se clasifican en errores absolutos, relativos.
Error absoluto.- Es la diferencia entre el valor medido y el valor real.
Error _ absoluto = ε a = Valor _ medido − Valor _ real
Error relativo.- Es el cociente entre el valor absoluto y el valor real
Error _ relativo = ε r =
Valor _ medido − Valor _ real
Valor _ real
Error porcentual.- Equivale al error relativo multiplicado por 100.
Error _ porcentual =
Error _ absoluto
* 100
Valor _ real
Corrección de una medida.- Es del mismo valor numérico que el error absoluto pero de
signo contrario.
Valor medio o promedio.- Es el valor más probable de una medición. Para ello hay que
tomar n medidas del mismo parámetro (Ai), quedando como valor medio:
M=
A1 + A2 + ... + An
n
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Error medio.- Es el valor medio de los errores absolutos de una serie de mediciones.
Dispersión.- Es la no acumulación de valores cuando la misma persona realiza la misma
operación de medida con las mismas técnicas y aparatos. Son errores casua les. La
dispersión es la media cuadrática de las desviaciones individuales:
1 n 2
∑δ n
n 1
La dispersión relativa es la relación entre la dispersión y el valor promedio.
σ
σr =
M
σ=
Inseguridad.- El resultado de una serie de mediciones y el promedio de esta misma serie
son siempre más o menos inseguros. La inseguridad σ m del promedio se calcula por:
σm =
σ
1
=
n n
n
∑δ
2
n
1
La incertidumbre nos indica la magnitud de la dispersión del valor medio en torno a la
media total cuando se repiten las series de medición.
El error relativo, ε del promedio M será:
σ
ε= m
M
El resultado de la totalidad de una serie de mediciones se expresará en la forma:
A=M ±ε
Como ejemplo, cuando se habla de tolerancia en una resistencia, se habla de que tiene
un valor igual al valor indicado + el error (ε). Cuando se dice que un aparato de medida
tiene una inseguridad de ε se hace referencia a su inseguridad.
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1.4
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Aparatos de medida
Los aparatos de medida se pueden clasificar según su principio de funcionamiento en:
Analógicos.- La magnitud medida se procesa como una señal continua en el tiempo.
Digitales.- La magnitud medida es el resultado de un cálculo interno complejo realizado
a partir de diferentes valores tomados en intervalos muy pequeños de tiempo.
1.4.1 Aparatos de medida analógicos
Existen varios tipos según el principio de funcionamiento.
1.4.1.1
Aparatos magnetoeléctricos
Su funcionamiento se basa en la acción de dos campos
magnéticos, producidos por un imán permanente y una
bobina. Pueden ser de bobina móvil (el representado en
la figura) o de imán móvil. Actualmente los más usados
son los de bobina móvil.
El imán permanente (1), junto con el cilindro (2), que
está hecho con material de baja remanencia magnética,
crea en el entrehierro un campo magnético uniforme
dentro del cual puede girar la bobina (3). La aguja
solidaria con el movimiento de la bobina marcará un
desplazamiento proporcional a la corriente que genera el
campo magnético de la bobina. El muelle antagonista (4) se encarga de crear un par
antagonista que equilibra el creado por la bobina, deteniendo la aguja en una posición
que indicará un valor proporcional al valor de la corriente eléctrica que pasa por la
bobina.
1.4.1.2
Aparatos electromagnéticos
También llamados de hierro móvil, al circular la
corriente por una bobina fija (1), se produce un
campo magnético de intensidad proporcional a la
intensidad de dicha corriente. En el interior de la
bobina están dispuestos dos núcleos de material
magnético no remanente, uno fijo (2) y otro
móvil (3). Los dos núcleos se magnetizan con
polaridades iguales, repeliéndose y haciendo
girar el núcleo móvil y con él la aguja
indicadora.
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1.4.1.3 Aparatos electrodinámicos
Consisten en dos bobinas concéntricas, una fija (1) y otra
móvil (2) que son atravesadas por la corriente a medir. Los
campos magnéticos creados en las dos bobinas hacen girar a
la bobina móvil de manera que su campo refuerce el creado
por la bobina fija. Dos espirales (3) crean el par antagonista
necesario para mantener a la bobina móvil en reposo.
Si las dos bobinas incorporan núcleos de material
magnético, el aparato se denomina ferromagnético.
1.4.1.4 Aparatos de inducción
Un electroimán (1) conectado a una corriente alterna crea
un campo magnético variable del mismo período que el de
la corriente. Un disco móvil de aluminio (2) está colocado
en el entrehierro del electroimán, de tal manera que sólo
parte del flujo magnético pasa por él. En el disco se
inducen corrientes de Foucault que, a su vez, crean un
campo magnético opuesto al anterior . Esto hace girar el
disco. El par antagonista necesario lo proporciona el
muelle en espiral (3).
1.4.1.5 Aparatos electrotérmicos
Estos aparatos utilizan una lámina bimetálica (1)
para producir el desplazamiento de la aguja
indicadora (2). Al pasar una corriente por la
lámina , se calienta y se produce la dilatación de
los dos metales que la componen, al tener un
coeficiente de dilatación distinto, la lámina se
deforma, transmitiendo el movimiento a la aguja
indicadora
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1.4.1.6
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Aparatos electrostáticos
Están constituidos por un condensador de capacidad variable. Una de las placas
del condensador es la parte móvil (1) y la otra
placa es la parte fija (2). Al conectar el
condensador a una corriente eléctrica, las placas
se cargan electrostáticamente y se produce una
fuerza de atracción o repulsión, según el signo
de las cargas eléctricas. La parte móvil del
condensador tenderá a estabilizarse en la
posición en que la energía del campo eléctrico
sea máxima. El par antagonista necesario lo
proporciona un muelle en espiral (3).
1.4.2 Aparatos de medida digitales
Los aparatos de medida digitales sólo toman algunas a muestras de los valores a medir,
que se codifican y tratan dando lugar a la medición mostrada.
El proceso de digitalización consiste en, a partir de una señal analógica, realizar los
siguientes pasos:
1.- Se realiza un muestreo de la señal, en un instante de tiempo.
2.- Se cuantifica el valor discreto, para cada instante de tiempo
3.- Se codifica para mostrarlo
El proceso de muestreo se realiza con un interruptor electrónico cada cierto tiempo T.
Para cada instante de tiempo, la señal muestreada se traduce, mediante un conversor
analógico digital ( A/D ), con lo que se cuantifica la muestra.
La señal cuantificada aparece como un numero binario después del conversor A/D. Este
dato codificado, se descodifica mostrándose en un display en forma de valor numerico.
El aparato de medida digital por excelencia es el multimetro o polímetro digital, que
puede realizar medidas de tensión continua ( mediante el proceso anterior). No obstante,
casi todos los parámetros físicos pueden traducirse a tensiones eléctricas de corriente
continua, de manera más o menos fácil. De esta forma el polímetro puede realizar
medidas de tensión alterna y continua, intensidad alterna y continua, resistencia,
temperatura, capacidad, conductancia, frecuencia, potencia,...
El paso de cualquier medida física a eléctrica se realiza con transductores, que dan una
medida de tensión, normalmente proporcional a la medida física. Esta medida de tensión
es la utilizada por el conversor A/D para mostrar el dato. El caso más típico es que para
medir una corriente, se mida la caida de tensión en una resistencia interna del equipo,
dando una tensión proporcional a la intensidad de corriente (aplicación directa de la ley
de Ohm. Para medir valores de tensión o corriente alterna se usa de forma intermedia un
rectificador encargado de transformar la corriente alterna en cont inua.
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