Fundamentos
Para entender cabalmente el funcionamiento de los dispositivos de hierro móvil es necesario entender que las leyes del electromagnetismo exponen que cuando una corriente atraviesa un material conductor se genera un campo electromagnético alrededor del mismo, de tal manera si se entorcha un alambre de forma regular, se generara un campo magnético similar al de un imán, con un polo norte y polo sur bien definidos.
Usando el modelo electromagnético de un imán pero ahora en la forma de una bobina, definimos:
1. La magnitud del campo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente que atraviesa el alambre
2. La magnitud del campo magnético es proporcional a cantidad de espiras que estén entorchadas alrededor de el núcleo
3. La magnitud del campo magnético es inversamente proporcional al radio de la espira
4. La magnitud del campo magnético es proporcional al material del núcleo de la espira. Un núcleo de hierro dulce mantiene constante y estable el campo magnético.
Dispositivos de Hierro Móvil
De esta manera podemos establecer que si entorchamos un hilo de cobre alrededor de un núcleo de hierro dulce, con un radio y cantidad de espiras constantes entonces la única variable que dominara la magnitud del campo magnético será la corriente.
En el diagrama a continuación se muestra como funciona un dispositivo de medición de hierro móvil:
Al hacer pasar una corriente a través de la bobina o solenoide se genera un campo magnético que impulsa la armadura de hierro móvil hacia abajo (corriente positiva) o hacia arriba (corriente negativa) con respecto a una pieza fija, un cable metálico suficientemente resistente sujeta la masa a un resorte cuya única función es devolver la masa a la posición inicial, por rodadura el hilo da torsión a un índice calibrado. Con corrientes nulas (I=0) la bobina debe volver a su posición inicial, en ese instante la aguja marcara la referencia 0 (cero), después se podrá calcular a que intensidad de corriente la aguja marcara los extremos que permita el resorte
Aun cuando los dispositivos siempre sigan el mismo principio, se presentan variaciones en las organizaciones de los elementos y se agregan nuevas variables.
A continuación otras disposiciones para lograr la medición de corriente por medio de dispositivos de hierro móvil
Los campos magnéticos de la bobina son de igual polaridad que los campos adyacentes del imán, repeliéndolos y girando hasta el límite de torsión del muelle
Añadiendo la aguja y la escala, el amperímetro descrito se convierte en un instrumento completo de medida de corriente. Para que la inercia sea pequeña, las partes móviles se construyen de materiales muy ligeros.
Galvanómetro de D'Arsonval:
1-Elemento estacionario (imán permanente; 2-Elemento móvil (bobina giratoria); 3-elemento controlador del movimiento(muelle espiral); 4-Montura y cojinetes; 5-Aguja y escala
La disposición en forma de herradura y el arrollado del cable en la dirección correcta, permite una mayor concentración de las líneas de fuerza
Características de escala
Voltímetros y Amperímetros de Hierro móvil
Links de interés
http://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3fono_de_bobina_m%C3%B3vil
http://www.galeon.com/ultimopunto/cat_tecno/tecno_multim03.htm
http://www.natureduca.com/tecno_eltec_elecmag_amperim.php
http://www.calimport.cl/Images/PDFcalimport/Pdf_c/c3-c5.pdf
http://www.sapiens.itgo.com/documents/doc12.htm
Bibliografía
Circuitos Eléctricos
Dorf
Mediciones y pruebas eléctricas y electrónicas
Bolton, W. (William) (1933-)
martes, 11 de diciembre de 2007
Dispositivos de Hierro Movil
Fundamentos
Para entender cabalmente el funcionamiento de los dispositivos de hierro móvil es necesario entender que las leyes del electromagnetismo exponen que cuando una corriente atraviesa un material conductor se genera un campo electromagnético alrededor del mismo, de tal manera si se entorcha un alambre de forma regular, se generara un campo magnético similar al de un imán, con un polo norte y polo sur bien definidos.
Para entender cabalmente el funcionamiento de los dispositivos de hierro móvil es necesario entender que las leyes del electromagnetismo exponen que cuando una corriente atraviesa un material conductor se genera un campo electromagnético alrededor del mismo, de tal manera si se entorcha un alambre de forma regular, se generara un campo magnético similar al de un imán, con un polo norte y polo sur bien definidos.
Usando el modelo electromagnético de un imán pero ahora en la forma de una bobina, definimos:
1. La magnitud del campo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente que atraviesa el alambre
2. La magnitud del campo magnético es proporcional a cantidad de espiras que estén entorchadas alrededor de el núcleo
3. La magnitud del campo magnético es inversamente proporcional al radio de la espira
4. La magnitud del campo magnético es proporcional al material del núcleo de la espira. Un núcleo de hierro dulce mantiene constante y estable el campo magnético.
Dispositivos de Hierro Móvil
De esta manera podemos establecer que si entorchamos un hilo de cobre alrededor de un núcleo de hierro dulce, con un radio y cantidad de espiras constantes entonces la única variable que dominara la magnitud del campo magnético será la corriente.
En el diagrama a continuación se muestra como funciona un dispositivo de medición de hierro móvil:
1. La magnitud del campo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente que atraviesa el alambre
2. La magnitud del campo magnético es proporcional a cantidad de espiras que estén entorchadas alrededor de el núcleo
3. La magnitud del campo magnético es inversamente proporcional al radio de la espira
4. La magnitud del campo magnético es proporcional al material del núcleo de la espira. Un núcleo de hierro dulce mantiene constante y estable el campo magnético.
Dispositivos de Hierro Móvil
De esta manera podemos establecer que si entorchamos un hilo de cobre alrededor de un núcleo de hierro dulce, con un radio y cantidad de espiras constantes entonces la única variable que dominara la magnitud del campo magnético será la corriente.
En el diagrama a continuación se muestra como funciona un dispositivo de medición de hierro móvil:
Al hacer pasar una corriente a través de la bobina o solenoide se genera un campo magnético que impulsa la armadura de hierro móvil hacia abajo (corriente positiva) o hacia arriba (corriente negativa) con respecto a una pieza fija, un cable metálico suficientemente resistente sujeta la masa a un resorte cuya única función es devolver la masa a la posición inicial, por rodadura el hilo da torsión a un índice calibrado. Con corrientes nulas (I=0) la bobina debe volver a su posición inicial, en ese instante la aguja marcara la referencia 0 (cero), después se podrá calcular a que intensidad de corriente la aguja marcara los extremos que permita el resorte
Aun cuando los dispositivos siempre sigan el mismo principio, se presentan variaciones en las organizaciones de los elementos y se agregan nuevas variables.
Especificación o calibración de escala (Movimiento de D’Ansornval y Weston):
Aun cuando los dispositivos siempre sigan el mismo principio, se presentan variaciones en las organizaciones de los elementos y se agregan nuevas variables.
Especificación o calibración de escala (Movimiento de D’Ansornval y Weston):
En su forma inicial, el galvanómetro D'Arsonval presenta desventajas e inconvenientes, pero dio origen al movimiento Weston, habiéndose mejorado en este el diseño original, el principio de funcionamiento es el mismo
Si se coloca una bobina de tal manera que pueda girar libremente y la colocamos dentro de un imán, la corriente que fluye por ella formará polos magnéticos en sus extremos o sea, se convertirá en un electroimán, bajo esta circunstancia sucederá o siguiente:
Si se coloca una bobina de tal manera que pueda girar libremente y la colocamos dentro de un imán, la corriente que fluye por ella formará polos magnéticos en sus extremos o sea, se convertirá en un electroimán, bajo esta circunstancia sucederá o siguiente:
El polo N (bobina) será atraído por el polo S (imán).
El polo S (bobina) será atraído por el polo N (imán).
Este efecto provocará un movimiento rotativo en la bobina en el sentido de las agujas del reloj, esto nos lleva a pensar, que si la intensidad del campo magnético del imán es fija, la fuerza de rotación dependerá de la intensidad del campo magnético producido por la corriente en la bobina.
MOVIMIENTO WESTON:
Lo anteriormente descrito es el que se utilizaba en el galvanómetro D'Arsonval, mismo que fue posteriormente perfeccionado por el Dr. Weston, las imágenes siguientes nos dan un ejemplo de su funcionamiento, en este caso se le proveyó a la bobina de una aguja móvil, la cual hace su indicación sobre una escala graduada, de la corriente circulante en su bobina.
En la siguiente imagen se puede ver que el interruptor está abierto, por lo mismo no hay corriente circulando por la bobina:
En la siguiente imagen ya el interruptor se cerró dejando pasar corriente a la bobina, causando con esto la desviación de la aguja. Se le provee también de un resorte que obliga a la aguja a retornar a su posición de reposo o sea cero, cuando no hay corriente circulando por la bobina:
Como se dijo cuando se describió el principio D'Arsonval, la bobina se convierte en un electroimán al circular corriente por ella y sucede lo que se indicó.La construcción de este instrumento es como sigue:Un imán permanente de la mejor calidad de acero y muy bien tratado para que mantenga su imanación, a este se le provee de dos piezas polares de hierro dulce, semicirculares con el fin de concentrar las líneas de fuerza magnética en el centro de este está el núcleo, de hierro dulce y de forma cilíndrica, el objeto del núcleo es la de aumentar el campo magnético.
En la siguiente imagen se puede ver que el interruptor está abierto, por lo mismo no hay corriente circulando por la bobina:
En la siguiente imagen ya el interruptor se cerró dejando pasar corriente a la bobina, causando con esto la desviación de la aguja. Se le provee también de un resorte que obliga a la aguja a retornar a su posición de reposo o sea cero, cuando no hay corriente circulando por la bobina:
Como se dijo cuando se describió el principio D'Arsonval, la bobina se convierte en un electroimán al circular corriente por ella y sucede lo que se indicó.La construcción de este instrumento es como sigue:Un imán permanente de la mejor calidad de acero y muy bien tratado para que mantenga su imanación, a este se le provee de dos piezas polares de hierro dulce, semicirculares con el fin de concentrar las líneas de fuerza magnética en el centro de este está el núcleo, de hierro dulce y de forma cilíndrica, el objeto del núcleo es la de aumentar el campo magnético.
El núcleo se fija en su posición con tiras de bronce a las piezas polares formando un puente. La bobina se monta entre el núcleo y las piezas polares, se utilizan pivotes de acero los cuales se hacen descansar sobre cojinetes zafiro, el alambre con el cual se construye la bobina es muy fino, el cual se devana (enrolla) sobre un soporte hecho de una aleación de aluminio.En los dos extremos de la bobina hay resortes muy finos similares a los usados en los relojes, estos se colocan en dirección opuesta a fin de mantener a la aguja en posición de cero, y a la vez se evita que los cambios de temperatura alteren tanto la posición de la bobina y de la aguja; es a través de estos dos resortes que se conecta la bobina a los bornes del instrumento. En uno de los extremos de la bobina se asegura la aguja que hace las indicaciones, a la aguja se le provee de un contrapeso el cual se construye enrollando unas vueltas de alambre.
Multimetros de Hierro Móvil
EL GAVANOMETRO:
El galvanómetro también llamado como galvanómetro de inclinación D’Arsonval debido al biólogo y físico francés Jacques D’Arsonval quien fue el creador y el que realizo todo tipos de experimentos con el mismo, es un pequeño espejo unido a una bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial situado a una distancia aproximada de un metro es sistema es de poca inercia y fricción lo que permite mayor precisión.
El galvanómetro es el principal componente utilizado en la construcción de amperímetros y voltímetros.
El galvanómetro es un instrumento capacitado para medir tanto voltaje como corriente. Es capaz de calibrarse para que la corriente sea proporcional al voltaje.
En cuanto a la medición de la corriente: los galvanómetros son los principales instrumentos para dicha acción. Se basan en las interacciones entre la corriente eléctrica y un imán.
El mecanismo del galvanómetro esta diseñado de forma que un imán permanente o un electroimán produce un campo magnético lo que genera una fuerza cuando hay flujo de corriente en una bobina, dicha fuerza inclina el elemento móvil en un grado de intensidad de la corriente, este elemento móvil cuenta con algún tipo de dispositivo que permite leer en un dial el grado de inclinación.
En cuanto a la medición del voltaje: los galvanómetros son los instrumentos mas utilizados para medir la diferencia de potencial, cuentan con una gran resistencia unida a una bobina.
Cuando un medidor de este tipo se conecta a una batería o a dos puntos del circuito eléctrico con diferentes potenciales pasa una cantidad reducida de la corriente (limitada por la resistencia en serie) a través del medidor.
En un resumen de su funcionamiento podemos destacar que:
La operación de este dispositivo se basa en la interacción de una
corriente eléctrica DC y un campo magnético fijo.
Los elementos básicos son:
- Una bobina móvil, a través de la cual circula la corriente DC.
- Un imán, que produce el campo magnético fijo.
- Un resorte, cuya función es servir de mecanismo equilibrador
de la rotación de la bobina.- Una aguja indicadora, sujeta a la bobina móvil y una escala graduada mediante las cuales podemos realizar la lectura.
EL VOLTIMETRO:
El voltímetro es un aparato o dispositivo que se encarga medir la diferencia de potencial entre dos puntos o la potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito.
El voltímetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que toda la corriente del circuito la atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La inclinación resultante de la bobina móvil depende tanto de la corriente como del voltaje y puede calibrarse directamente en vatios, ya que la potencia es el producto del voltaje y la corriente.
Para efectuar esta medida se coloca en paralelo entre los puntos cuya diferencia de potencial se desea medir. La diferencia de potencial se ve afectada por la presencia del voltímetro. Para que este no influya en la medida, debe de desviar la mínima intensidad posible, por lo que la resistencia interna del aparato debe de ser grande. La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera en el circuito puede medirse uniendo simplemente las terminales del voltímetro entre estos puntos sin romper el circuito. La diferencia de potencial en un resistor R se mide conectando el voltímetro en paralelo con R. También en este caso, es necesario observar la polaridad del instrumento. La terminal positiva del voltímetro debe conectarse en el extremo del resistor al potencial más alto, y la terminal negativa al extremo del potencial más bajo del resistor.
El voltímetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que toda la corriente del circuito la atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La inclinación resultante de la bobina móvil depende tanto de la corriente como del voltaje y puede calibrarse directamente en vatios, ya que la potencia es el producto del voltaje y la corriente.
Para efectuar esta medida se coloca en paralelo entre los puntos cuya diferencia de potencial se desea medir. La diferencia de potencial se ve afectada por la presencia del voltímetro. Para que este no influya en la medida, debe de desviar la mínima intensidad posible, por lo que la resistencia interna del aparato debe de ser grande. La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera en el circuito puede medirse uniendo simplemente las terminales del voltímetro entre estos puntos sin romper el circuito. La diferencia de potencial en un resistor R se mide conectando el voltímetro en paralelo con R. También en este caso, es necesario observar la polaridad del instrumento. La terminal positiva del voltímetro debe conectarse en el extremo del resistor al potencial más alto, y la terminal negativa al extremo del potencial más bajo del resistor.
El voltímetro ideal: es aquel cuya resistencia es infinita de manera que no circula corriente a través de él.
EL AMPERÍMETRO:
El amperímetro es el aparato o dispositivo encargado de medir la magnitud de la corriente eléctrica, la cual es una de las cantidades más importantes de medir en un circuito eléctrico. Esta corriente que se desea medir tiene que pasar directamente por el amperímetro debido a que este debe conectarse con dicha corriente.
En la medición de corrientes continuas por medio del amperímetro, se conecta de modo que la corriente entre en la terminal positiva del instrumento y salga en la terminal negativa. Idealmente, un amperímetro debe tener resistencia cero de manera que no altere la corriente que se va a medir. Esta condición requiere que la resistencia del amperímetro sea pequeña comparada con R, + R2. Puesto que cualquier amperímetro tiene siempre alguna resistencia, su presencia en el circuito reduce ligeramente la corriente respecto de su valor cuando el amperímetro no está presente.
Amperímetro de bobina móvil. La bobina móvil, teniendo en cuenta su delicada construcción, no puede conducir más que una pequeña fracción de amperío. Para valores mayores, la mayor parte de la corriente se hace por una derivación, o shunt, de baja resistencia en paralelo con el instrumento. La escala, sin embargo, se calibra generalmente para leer en ella la corriente total 1, aun cuando la corriente I, que pasa por la bobina sea sólo de unos cuantos miliamperios.
El shunt típico, consiste en una o más tiras de aleación de resistencia soldadas a bloques termínales de latón; el cable se atornilla a éstos, suministrándose los tornillos necesarios.
Las tiras se hacen a menudo de manganina que tiene un bajo coeficiente de temperatura. También es útil conectar un resistor de recarga de coeficientes de temperatura despreciable, en serie con la bobina. De este modo, la distribución de corriente entre el instrumento y la derivación es afectada muy poco por la temperatura.
Amperímetros de Hierro móvil:
En la medición de corrientes continuas por medio del amperímetro, se conecta de modo que la corriente entre en la terminal positiva del instrumento y salga en la terminal negativa. Idealmente, un amperímetro debe tener resistencia cero de manera que no altere la corriente que se va a medir. Esta condición requiere que la resistencia del amperímetro sea pequeña comparada con R, + R2. Puesto que cualquier amperímetro tiene siempre alguna resistencia, su presencia en el circuito reduce ligeramente la corriente respecto de su valor cuando el amperímetro no está presente.
Amperímetro de bobina móvil. La bobina móvil, teniendo en cuenta su delicada construcción, no puede conducir más que una pequeña fracción de amperío. Para valores mayores, la mayor parte de la corriente se hace por una derivación, o shunt, de baja resistencia en paralelo con el instrumento. La escala, sin embargo, se calibra generalmente para leer en ella la corriente total 1, aun cuando la corriente I, que pasa por la bobina sea sólo de unos cuantos miliamperios.
El shunt típico, consiste en una o más tiras de aleación de resistencia soldadas a bloques termínales de latón; el cable se atornilla a éstos, suministrándose los tornillos necesarios.
Las tiras se hacen a menudo de manganina que tiene un bajo coeficiente de temperatura. También es útil conectar un resistor de recarga de coeficientes de temperatura despreciable, en serie con la bobina. De este modo, la distribución de corriente entre el instrumento y la derivación es afectada muy poco por la temperatura.
Amperímetros de Hierro móvil:
DIFERENCIA ENTRE UN AMPERIMETRO Y UN VOLTÍMETRO:
Hemos estudiado el principio de funcionamiento de un instrumento, pero cuando se trata de medir voltaje o amperaje, cual es el instrumento indicado, como funciona?Es exactamente el mismo mecanismo que se acaba de estudiar el que se aplica a la medición de amperaje y voltaje, en otras palabras el funcionamiento es exactamente el mismo en ambos instrumentos, en lo que se diferencian es la resistencia interna de cada instrumento.EL AMPERÍMETRO: La bobina que se emplea para este instrumento es de baja resistencia, en otras palabras, el alambre es grueso y con un número de vueltas reducido, lo cual permite que la corriente fluya sin mayores obstáculos (resistencia).EL VOLTÍMETRO: En este instrumento la bobina que se utiliza es, si es de poco alcance, o sea, que tiene una escala reducida para medir voltajes, utiliza un gran número de vueltas de alambre muy fino y por lo mismo, su resistencia interna es bastante alta al paso de la corriente. Para medir voltajes mayores, en los voltímetros se hace uso de resistores extras, mismos que van en serie con la bobina del instrumento.Otra diferencia entre estos dos instrumentos, es la forma en que se conecta al circuito bajo prueba. El amperímetro se debe de conectar en serie con el circuito, en tanto que el voltímetro se conecta en paralelo.
Links de interés
http://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3fono_de_bobina_m%C3%B3vil
http://www.galeon.com/ultimopunto/cat_tecno/tecno_multim03.htm
http://www.natureduca.com/tecno_eltec_elecmag_amperim.php
http://www.calimport.cl/Images/PDFcalimport/Pdf_c/c3-c5.pdf
http://www.sapiens.itgo.com/documents/doc12.htm
Bibliografía
Circuitos Eléctricos
Dorf
Links de interés
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http://www.galeon.com/ultimopunto/cat_tecno/tecno_multim03.htm
http://www.natureduca.com/tecno_eltec_elecmag_amperim.php
http://www.calimport.cl/Images/PDFcalimport/Pdf_c/c3-c5.pdf
http://www.sapiens.itgo.com/documents/doc12.htm
Bibliografía
Circuitos Eléctricos
Dorf
Mediciones y pruebas eléctricas y electrónicas
Bolton, W. (William) (1933-)
Bolton, W. (William) (1933-)
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