MULTIMETRO ANALOGICO

El proyecto consiste en realizar un multímetro análogo, que es capaz de medir voltaje directo, corriente directa y resistencia. Para la medición de voltaje debe de poseer tres escalas. Para la medición de corriente debe poseer tres escalas. La medición de resistencia debe poseer dos escalas como mínimo.

1. INTRODUCCIÓN:

También llamado multímetro analógico, polímetros analógicos o téster a los instrumentos con indicador de aguja capaz de medir diversas magnitudes eléctricas con distintos alcances. Estas magnitudes son tensión, corriente y resistencia.Las partes fundamentales de un instrumento de esta clase son: un dispositivo con bobina móvil y una perilla que permita seleccionar las magnitudes y alcances a medir.El multímetro es un instrumento de medición que funciona de acuerdo a la fuerza que se produce entre un campo magnético y una bobina de alambre que conduce una corriente eléctrica (movimiento D’Arsonval), este dispositivo eléctrico se conoce como galvanómetro. Un multímetro analógico consiste básicamente en un galvanómetro sobre el cual se coloca una aguja que recorre una escala e indica el valor de las mediciones. El multímetro puede medir voltaje, corriente y resistencia eléctrica, esto depende de la manera como está conectado el galvanómetro dentro del multímetro. Para que el galvanómetro funcione como un instrumento para medir corriente eléctrica (Amperímetro) se debe conectar en paralelo con una resistencia, por otro lado si se desea uninstrumento para medir Diferencia de potencial o caída de voltaje (Voltímetro) se debe conectar el galvanómetro en serie con una resistencia el valor de la resistencia. Se escoge de acuerdo al valor máximo que se desea medir.

2. OBJETIVO.

Realizar y comprender el funcionamiento de cada una de las partes que componen el circuito de un multímetro analógico, así como diseñar la estructura interna. También se práctica el uso de la protoboard, así como emplear herramientas fundamentales para la construcción de un circuito impreso. Esto nos ayudara para el desarrollo de nuestras habilidades en el manejo de material y herramientas también nos servirá para comprender y saber emplear de manera sencilla, eficaz y correcta el multímetro analógico.

3. Diagrama de bloques de multímetro analógico.

Al entrar la señal un selector de funciones permite elegir el dispositivo que utilizaremos para medir el parámetro deseado. 

Al elegir el Voltímetro se encuentra un selector de escalas de voltaje CD y un selector de escalas de voltaje CA. Si se mide una señal de CA, la señal pasa por un rectificador de medio ciclo para mostrar el valor promedio en el galvanómetro, en cambio si la señal es de CD pasa directamente al movimiento D’Arsonval del galvanómetro.

En caso de elegir el Óhmetro la corriente es generada por una batería la cual pasa a un potenciómetro que funciona para ajustar la aguja del galvanómetro a cero.Si se elige el Amperímetro, se cuenta con un selector de escalas de mA y μA de CD. La corriente medida pasa directamente al movimiento de D’Arsonval.

4. Descripción del circuito:

En la punta de prueba positiva se encuentra un conmutador que se encarga de seleccionar el parámetro a medir: V para Volts DC y AC, A para Amperes DC y Ω para medir resistencia.

En el Voltímetro se encuentra un conmutador selector de escalas de 2.5, 10, 50, 250 y 500 V de CD y 10, 50, 250 y 500V de AC. Dependiendo de la escala seleccionada se encuentra una cantidad de resistencias de distintos valores para reducir la intensidad de corriente, ya que el galvanómetro con

el mecanismo D’Arsonval requiere de 185 μA, de no ser así el galvanómetro se dañara.

En el amperímetro se encuentra un selector de escalas de 500 μA, 10 mA y 250 mA. Luego se encuentran una serie de resistencias que, al igual que el voltímetro, reducirán la corriente que fluye a través del galvanómetro.

En la función de óhmetro se encuentra una fuente de 1.5 V la cual se utiliza para crear una caída de voltaje en la resistencia desconocida al momento de colocarla entre las puntas de prueba. Además se hace el uso de un reóstato para hacer el ajuste a cero de la aguja. Las escalas del óhmetro son de Rx10Ω y Rx1KΩ.

El galvanómetro utilizado tiene una escala graduada de 0 Ω a 200 Ω para el Óhmetro, y una de 0 a 10, 0 a 50 y 0 a 250 Amperes yVolts de AC y DC para el Amperímetro y voltímetro respectivamente.

5. Funcionamiento del circuito: 

a) El selector conectado a la punta de prueba positiva permite elegir el circuito del dispositivo a utilizar para medir el parámetro deseado. 

b) En el circuito del voltímetro se encuentra una línea de resistencias que se conectan a la vez a dos atenuadores de entrada (selector de rangos), uno con rangos de voltaje CD y otro con rangos de voltaje CA. Al seleccionarse los rangos de CA la corriente que fluye por las pistas es disminuida por las resistencias dependiendo de la escala seleccionada, estas resistencias están conectadas en serie con el galvanómetro, luego dicha corriente pasa por un diodo rectificador para modificar la señal de CA y lograr que el galvanómetro muestre el valor promedio de la señal medida, cabe destacar que el galvanómetro es utilizado para los tres circuitos (voltímetro, amperímetro y óhmetro). En cambio si las escalas seleccionadas son en Voltaje CD la corriente fluye por el conjunto de resistencias y de allí va directamente a la terminal positiva del movimiento de D’Arsonval.

c) El circuito del óhmetro contiene una batería de 1.5 volts que se encarga de generar una caída de voltaje al cerrar el circuito con una resistencia desconocida, de esta forma se genera una corriente que pasa por algunas resistencias y un potenciómetro que permite ajustar la aguja a cero cuando se está utilizando dicho circuito. Después de que la corriente pasa por el potenciómetro fluye por el galvanómetro.El circuito del Amperímetro solo posee un selector de escalaspara CD. La corriente fluye por un conjunto de resistencias, que se encuentran en paralelo con el galvanómetro, y luego es guida hasta la terminal positiva de él.

d) La terminal negativa del galvanómetro es conectada a un fusible de 0.5 A para proteger el circuito, a su vez el fusible es conectado a la punta de prueba COM. 

6. Procedimiento de la implementación del circuito

1.- Se investigó el circuito de un multímetro analógico. Tomamos como base el diseño de un multímetro analógico comercial, puesto que utilizamos el galvanómetro que manejaba este aparato, debido a que es difícil conseguir un galvanómetro que tenga una sola escala para volts, amperes y ohms. Por lo tanto se utilizaron los valores de cada componente usados en el circuito del mismo multímetro. 

2.- Para realizar nuestro multímetro analógico, se analizó el circuito con el que contábamos y se diseñaron tres circuitos, uno para cada dispositivo: voltímetro, amperímetro y óhmetro por separado. Después se optó por juntarlos por medio de un selector de funciones. Al inicio del circuito se encuentra el seleccionador de las tres funciones principales (voltímetro, amperímetro, óhmetro.) conectado a la terminal común positiva (hembrilla).

De ahí en adelante, cada función pasa por su pista específica:

Óhmetro: Después de la selección, la resistencia desconocida llega a una pila de 1.5V y continúa a través de una resistencia en serie de 1Ω. Ahí llega a un selector, donde se elige el rango deseado:

a) Escala 1 KΩ: Se conecta a una resistencia en serie de 3 kΩ y llega hasta un potenciómetro 500Ω, utilizado para acerar la aguja del galvanómetro. Después pasa por una resistencia de 2 kΩ y llega hasta la terminal positiva del galvanómetro. Enseguida de pasar por el medidor, la señal llega a un fusible a 0.5A, el cual cierra el circuito al conectarse a la terminal común negativa.

b) Escala 10 kΩ: Realiza el procedimiento anterior, solamente conectando una resistencia de 36Ω en paralelo entre la salida del selector y la terminal negativa del galvanómetro. 

Voltímetro: Después de la selección, el voltaje desconocido pasa por un juego de resistencias conectadas en serie. Colocamos dos selectores, en caso de pretender medir voltaje en CD o en CA, y dependiendo de la escala deseada, con lo mismos selectores se tiene la capacidad de escoger el rango de voltaje que puede soportar.

Voltaje CD: Inmediatamente después de escoger el rango de voltaje, prosigue la pista hasta llegar al potenciómetro de 500Ω y continúa por el galvanómetro de la forma explicada anteriormente. El voltímetro en CD tiene rangos de 2.5V, 10v, 50V, 250V y 500V.

Voltaje CA: La señal de voltaje alterno se conecta al puente de diodos del circuito; esto con la intención de obtener una señal de rectificada y poder medir la magnitud con el galvanómetro. Después de la medición, continúa el camino ya conocido hacia la terminal común negativa. El voltímetro en a tiene rangos de 10v, 50V, 250V y 500V. 

Amperímetro:Contiene un selector de rango, el cual elige entre diferentes valores de resistencias conectadas en serie. Las salidas del conjunto de resistencias se conectan en paralelo entre el potenciómetro de 500Ω y la terminal negativa del galvanómetro.Los diferentes rangos que maneja son 500 A, 10 mA y 250 mA.

3.- Todo el circuito se montó y se comprobó su funcionamiento, con ayuda de dos protoboard. Se hicieron varias pruebas para comprobar que el multímetro funcionaba. 

4.- Posteriormente diseñamos la pista del circuito en una hoja de máquina, compramos una placa fenólica de 20x20 cm. EL boceto del circuito en la hoja de maquina fue calcado estilo “espejo”, después dicho boceto se trazó en la placa con ayuda de un marcador de tinta indeleble. Es primordial el uso de un marcador de tinta indeleble.

5.- Se cortó el exceso de la placa y procedimos a remarcar la pista las veces necesarias para que, cuando se depositara la placa en cloruro férrico, se eliminara la capa de cobre existente y solo quedara adherido el cobre protegido por la tinta del marcador. Al terminar la pista, lo siguiente fue hacer los agujeros necesarios para poner los componentes electrónicos del circuito.

6.- Después se introdujo la placa en el cloruro férrico por 15 minutos. Retiramos la placa, la limpiamos y desvanecimos la tinta de marcador con alcohol y algodón.

7.- Por último se soldó cada componente en su posición y realizaron algunas mediciones de prueba para comprobar la eficiencia del multímetro armado.

7. Pruebas experimentales

Después de haber concluido el ensamblaje de los circuitos sobre la tablilla protoboard.Continuamos con las pruebas pertinentes para poder saber si el circuito funcionaba correctamente en cada una de susescalas y funciones. Para ello cada circuito fue armado por separado y probado de manera individual.

Óhmetro.Para la realización de las pruebas correspondientes al óhmetro seleccionamos resistencias de valores adecuados a las escalas que posee el óhmetro.Para las pruebas del óhmetro en una resistencia procedimos a ajustar el seleccionador de escalas en Rx10 Ω.La resistencia que nos dispusimos a medir tenía un valor de 2 Ω. Al conectar el óhmetro con la resistencia se produjo un movimiento en la aguja del Galvanómetro. Más sin embargo la aguja no se detuvo en el valor que debería de haber correspondido en la escala del Galvanómetro sino que nos marcó un valor menor al esperado dando 1.8 Ω.Lo mismo ocurrió cuando ajustamos a la escala de Rx1kΩ al medir una resistencia mayor a la escala. Solo que esta vez el resultado que nos indicaba la aguja era mayor al que debería de corresponder.Cabe resaltar que cuando el óhmetro se intentaba acerar reduciendo la resistencia del potenciómetro, la aguja no producía ningún movimiento hacia el cero. Sino que al aumentar el valor del potenciómetro este hacia que la aguja se saliera de la escala.

VoltímetroPara la prueba del voltímetro, al igual que el óhmetro, se usó una tablilla protoboard. Separada del amperímetro y el óhmetro. Y para evitar variaciones de voltaje en el circuito se empleó una fuente de poder con el cual se introdujo voltaje poco a poco.Se conectaron las terminales positivas del voltímetro con las respectivas terminales positivas de la fuente de poder, al igual que con las terminales negativas. Primero se probó con la escala de 2.5 volts introduciendo un voltaje no superior a esta. Se pudo observar que la aguja del Galvanómetro marcaba aproximadamente los valores que se mostraban en el display de la fuente de poder.Repetimos el mismo procedimiento ahora con la escala de 10 volts. Obtuvimos de nuevo que los resultados que nos arrojaba la aguja eran aproximados a los que marcaba el Galvanómetro. Y por último realizamos la prueba con la escala de 50 volts. A diferencia de las otras la lectura nos dio valores solo un poco más alejados del valor real. En esta escala no se pudo medir completamente el voltaje, pues la fuente de poder no pudo generar voltajes mayores a los 30 volts.

Amperímetro Para realizar las pruebas correspondientes para el amperímetro primero se conectó un circuito el cual constaba de una resistencia de 220 Ω y una fuente de voltaje de 0.9 volts. Al medir la intensidad del circuito con un multímetro propiedad del taller de electrónica se obtuvo un valor de 4 mA.El circuito se conectó colocando la terminal negativa del multímetro a la resistencia y estas a su vez se conectó al negativo de la fuente de voltaje. Y por último se conectó el positivo de la fuente de voltaje al positivo del

multímetro. El resultado que obtuvimos de la lectura en la escala del galvanómetro fue aproximado a 4 mA.

Óhmetro, voltímetro y amperímetro.Como prueba final para revisar que el multímetro funcionara, juntamos todas las partes de las tablillas protoboard por medio de puentes.Se realizaron las mismas pruebas a cada circuito. Los resultados en el voltímetro y amperímetro no variaron, sin embargo en el óhmetro se obtuvieron resultados más precisos pero aún por debajo de los valores reales. Además de que al tener el circuito completo ya se lograba acerar la aguja de galvanómetro cuando se seleccionaba el óhmetro.Cuando se terminó el multímetro, estando ya el circuito impreso en la placa fenólica se realizaron las mismas pruebas obteniendo los mismos resultados. 

8. IMÁGENES

9. CONCLUSIÓN

a) En experiencia propia podemos decir que el trabajo no solo buscaba que fuéramos aptos para poder crear un multímetro analógico, nos permitió abrir nuestros límites y experimentar con los circuitos, también se observó y comprendió fácilmente el funcionamiento de las partes del Multímetro sin tener que recurrir al libro.

b) Vimos momentos difíciles ya que no todos los integrantes poseíamos el mismo conocimiento del área, aprendimos a compartir nuestras

ideas y a la vez a trabajar en equipo.c) Finalmente después de varias pruebas y corrección de errores,

fuimos capaces de hacer funcionar el Multímetro de manera óptima, nuestro objetivo como se mencionó en un principio, no era solo hacerlo funcionar, este entabla toda la experiencia que conllevo hacer el trabajo.

10.BIBLIOGRAFIA

a) Guía para Mediciones Electrónicas y Prácticas de LaboratorioStanley Wolf, Richard F.M. Smith Ed. Pearson Education

b) Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de MediciónWilliam D. Cooper, Albert D. Helfrik Ed. Pearson

c) Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicosBoylestad Nashelsky Ed. Pearson Hill