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TECNOLOGÍA ELECTRICA (I.T.OO.PP.) MEDIDAS Y ERRORES

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PRÁCTICA 0

Medidas y errores. Aparatos de medida eléctricos

1.1 Med id as eléctr ic as .

Las técnicas de medidas eléctricas dan lugar a varias operaciones fundamentales, queserán:Probar o ensayar .- Consiste en determinar la existencia, aparición o desaparición deuna magnitud, o bien a expresar la tendencia a exceder o quedar por debajo de undeterminado valor. Presenta poca exigencia de exactitud. Un ejemplo podría ser uncomprobador de tensión, que indicará si hay o no tensión en un elemento.Medir .- Entraña la determinación numérica de la magnitud, sometida a comparación

con una unidad determinada. Es importante conocer el grado de exactitud de la medida.Cali brar o veri fi car .- Es la comparación de un aparato de medida con un patrónnormalizado 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 demedición, la cantidad medida se controla continuamente. Un ejemplo podría ser lacorriente en un galvanómetro.Medidas comparadas .- La cantidad que está siendo medida se compara con unosestándares 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 unmuestreo de la señal a medir a intervalos regulares de tiempo.

1.2 Error

Cuando se procede a la medición siempre aparecen errores, que pueden clasificarsegenéricamente como errores aleatorios y sistemáticos. Los errores aleatorios varían deforma impredecible; los sistemáticos permanecen constantes para diferentes mediciones.Al margen de esta clasificación general, también puede hablarse de errores humanos enla medición.

1.2.1 Fuentes de errores aleatorios

1. - Er rores operativos .- Son debidos a situaciones que inducen variaciones en laslecturas que perciben los operadores, errores de paralelaje, inexactitud en medidas entredos marcas de escalas,...2. - Er rores ambientales .- Se introducen como consecuencia de efectos del ambiente,como temperatura, humedad,...3. - Errores estocásticos .- Son los producidos por procesos aleatorios, error debido aruido 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 laconstrucción 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 Cuantif icación 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.

real Valor medidoValor absoluto Error a _ _ _ −== ε

Error relativo.- Es el cociente entre el valor absoluto y el valor real

real Valor

real Valor medidoValor relativo Error r

_

_ _ _

−== ε

Error porcentual .- Equivale al error relativo multiplicado por 100.

100* _

_ _ real Valor

absoluto Error porcentual Error =

Corrección de una medida.- Es del mismo valor numérico que el error absoluto pero designo contrario.

Valor medio o promedio.- Es el valor más probable de una medición. Para ello hay quetomar n medidas del mismo parámetro (Ai), quedando como valor medio:

n

A A A M n

+++=

...21


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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 mismaoperación de medida con las mismas técnicas y aparatos. Son errores casuales. Ladispersión es la media cuadrática de las desviaciones individuales:

∑=

n

nn 1

21δσ

La dispersión relativa es la relación entre la dispersión y el valor promedio.

r

σσ =

Inseguridad .- El resultado de una serie de mediciones y el promedio de esta misma serieson siempre más o menos inseguros. La inseguridad mσ del promedio se calcula por:

∑==n

nmnn 1

21δ

σσ

La incertidumbre nos indica la magnitud de la dispersión del valor medio en torno a lamedia total cuando se repiten las series de medición.El error relativo, ε del promedio M será:

mσε =

El resultado de la totalidad de una serie de mediciones se expresará en la forma:

ε±= M A 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 medidatiene una inseguridad de ε se hace referencia a su inseguridad.


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1.4.1.3 Aparatos electrodinámicosConsisten en dos bobinas concéntricas, una fija (1) y otra

móvil (2) que son atravesadas por la corriente a medir. Loscampos magnéticos creados en las dos bobinas hacen girar ala bobina móvil de manera que su campo refuerce el creado

por la bobina fija. Dos espirales (3) crean el par antagonistanecesario para mantener a la bobina móvil en reposo.Si las dos bobinas incorporan núcleos de materialmagnético, el aparato se denomina ferromagnético.

1.4.1.4 Aparatos de inducciónUn electroimán (1) conectado a una corriente alterna creaun campo magnético variable del mismo período que el dela corriente. Un disco móvil de aluminio (2) está colocadoen el entrehierro del electroimán, de tal manera que sólo

parte del flujo magnético pasa por él. En el disco seinducen corrientes de Foucault que, a su vez, crean uncampo magnético opuesto al anterior . Esto hace girar eldisco. El par antagonista necesario lo proporciona elmuelle en espiral (3).

1.4.1.5 Aparatos electrotérmicos

Estos aparatos utilizan una lámina bimetálica (1)

para producir el desplazamiento de la agujaindicadora (2). Al pasar una corriente por lalámina , se calienta y se produce la dilatación delos dos metales que la componen, al tener uncoeficiente de dilatación distinto, la lámina sedeforma, transmitiendo el movimiento a la agujaindicadora


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1.4.1.6 Aparatos electrostáticos

Están constituidos por un condensador de capacidad variable. Una de las placasdel condensador es la parte móvil (1) y la otra

placa es la parte fija (2). Al conectar el

condensador a una corriente eléctrica, las placasse cargan electrostáticamente y se produce unafuerza de atracción o repulsión, según el signode las cargas eléctricas. La parte móvil delcondensador tenderá a estabilizarse en la

posición en que la energía del campo eléctricosea 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 lossiguientes pasos:

1.- Se realiza un muestreo de la señal, en un instante de tiempo.2.- Se cuantifica el valor discreto, para cada instante de tiempo3.- 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 conversoranalógico digital ( A/D ), con lo que se cuantifica la muestra.La señal cuantificada aparece como un numero binario después del conversor A/D. Estedato 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 corrientecontinua, de manera más o menos fácil. De esta forma el polímetro puede realizarmedidas 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 tensiónes la utilizada por el conversor A/D para mostrar el dato. El caso más típico es que paramedir 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 leyde Ohm. Para medir valores de tensión o corriente alterna se usa de forma intermedia unrectificador encargado de transformar la corriente alterna en continua.


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