PRACTICA 4 DISEÑO, AMPLIACION Y CONSTRUCCION DE UN VOLTIMETRO DE DC

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Guía de Medidas Eléctricas
PRACTICA 4 DISEÑO, AMPLIACION Y CONSTRUCCION DE UN 
VOLTIMETRO DE DC
I. OBJETIVOS:
 Convertir un mecanismo de medición en un voltímetro de diferentes rangos. Diseñar
y comprobar experimentalmente el valor de las resistencias multiplicadoras
necesarias para construir el voltímetro de diferentes rangos.
II. MARCO TEORICO:
. Los aparatos de medida que miden tensiones (voltímetros) o que tienen bobinas
voltimétricas (vatímetros, contadores de energía, etc.) las mediciones no se basan
directamente en los efectos de la tensión eléctrica sino en los efectos producidos por la
intensidad de corriente. lo que sucede es que, de acuerdo con la ley de Ohm, la tensión
eléctrica y la intensidad de corriente son proporcionales y por lo tanto las escalas de los
aparatos de medida pueden graduarse en voltios y medir de esta forma las tensiones
eléctricas. Ahora bien, con objeto de mantener lo más bajo posible la potencia consumida,
el mecanismo de medida ha de recibir intensidades de corriente muy pequeñas.
. Si se quieren medir tensiones relativamente elevadas, se conecta una resistencia en serie o
resistencia adicional, de forma que la corriente no pueda exceder de los limites
considerados como tolerables, de esta forma una parte de la tensión actúa sobre el aparato
de medida y el resto (por lo general mucho mayor) se disipa en la citada resistencia
adicional. El voltímetro está compuesto de un mecanismo de medición y de la resistencia
interna multiplicadora.
- i: Corriente máxima que deflecta toda la escala
del mecanismo de medición.
- v: máxima tensión que puede medir el
mecanismo de medición (v = i * r).
- r: Resistencia interna del mecanismo de
medición.
- Rmn: Resistencia multiplicadora de uno de los rangos.
- Vn: Tensión máxima que se desea medir en uno de los rangos.
. Para determinar las resistencias multiplicadoras de los diferentes alcances, se emplea la
siguiente formula:
. Rmn=(n−1 )∗r
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. Donde:
- n: factor multiplicador o multiplicador.
. n=
V n
v
. Como la resistencia interior del aparato de medida es siempre muy pequeña en
comparación con la resistencia adicional, en todos los casos se puede mantener el error del
aparato de medida dentro de los limites determinados por la clase de precisión del propio
aparato de medida. La resistencia adicional se instala unas veces en el interior del aparato
de medida y otras veces en el exterior de dicho aparato.
. Aunque las resistencias en serie o resistencias adicionales puedan aplicarse
indistintamente a mediciones en corriente continua y en corriente alterna, en la práctica se
emplean con más frecuencia para medida en corriente continua. Cuando se trata de
corriente alterna, en muchos casos se utilizan transformadores. Las resistencias adicionales
se emplean, sobre todo, para la ampliación del campo de medida de los voltímetros. Pero
los circuitos voltimétricos de los vatímetros, cosfímetros, frecuencímetros y otros aparatos
de medida también están provistos de resistencias adicionales.
III. ELEMENTOS A UTILIZAR:
 Un Miliamperímetro de corriente continua de 10 mA.
 Un milímetro digital (Voltímetro patrón).
 Resistencias de diferentes valores, de acuerdo al diseño del instrumento.
 Cables de conexión.
 Una fuente rectificadora.
 Un variac monofásico.
IV. ACTIVIDADES:
. El instrumento de medición de diferentes rangos se realizará de la siguiente manera:
a) Se utilizará el miliamperímetro en el rango de 10 mA como mecanismo de medición
para la construcción de un voltímetro.
b) Una vez determinadas las resistencias de diferentes valores se procederá a instalarlas
en serie con respecto al miliamperímetro y su resistencia interna, de tal manera que
estas determinen rangos adicionales al instrumento tomando en cuenta que estas
siempre funcionaran conmutando por separado. Se realizará el cálculo de la
resistencia en serie para los rangos de 50 V, 100 V, y 200 V.
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c) Luego se utilizará el multímetro digital para realizar medidas comparativas y de esta
manera parametrar la escala del nuevo instrumento.
d) Arme el circuito del voltímetro para los rangos diseñados.
e) Contraste su voltímetro experimental con uno patrón tomando por lo menos 4
lecturas por escala o rango.
f) Como se viene realizando últimamente, se utilizara el simulador Multisim para la
realización de esta práctica, en dicho simulador se utilizara como se menciono
anteriormente, dos multímetros, uno funcionará como voltímetro y el otro como
miliamperímetro que tendrá como valor máximo 10 mA, igual que la practica
anterior, el voltímetro tendrá una resistencia interna predeterminada a la que viene
en el simulador (1 GΩ), muy baja debido a que será un voltímetro patrón que deberá
medir exactamente el voltaje en el circuito, sin embargo, el miliamperímetro tendrá
una resistencia interna real (5 Ω), simulando un valor real del instrumento en la
práctica, para modificar dicha resistencia interna, se deberá acceder a la
configuración del multímetro, como se muestra a continuación:
g) Posteriormente se deberán simulador los 3 circuitos planteados para los diferentes
rangos de voltaje propuestos (50, 100 y 200 V).
XMM1
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. n1=
V n1
v
=
V n1
i∗r
= 50
5∗10∗10−3
=1000
. Rmn1=(n1−1 )∗r=(1000−1 )∗5=4995Ω
Vpatrón i v = i * r V = n1 * v
50 V 10 mA 50 mV 50 V
45.37 V 9.074 mA 45.37 mV 45.37 V
33.25 V 6.650 mA 33.25 mV 33.25 V
29.43 V 5.886 mA 29.43 mV 29.43 V
15.81 V 3.162 mA 15.81 mV 15.81 V
8.69 V 1.738 mA 8.69 mV 8.69 V
V1
50V 
XMM1
XMM2
R1
4995Ω
Rango de 50 V
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. n2=
V n2
v
=
V n2
i∗r
= 100
5∗10∗10−3
=2000
. Rmn2=(n2−1 )∗r=(2000−1 )∗5=9995Ω
Vpatrón i v = i * r V = n2 * v
100 V 10 mA 50 mV 100 V
92.65 V 9.265 mA 46.325 mV 92.65 V
86.33 V 8.633 mA 43.165 mV 86.33 V
78.52 V 7.852 mA 39.260 mV 78.52 V
65.59 V 6.559 mA 32.795 mV 65.59 V
57.86 V 5.786 mA 28.930 mV 57.86 V
V1
100V 
XMM1
XMM2
R1
9995ΩRango de 100 V
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. n3=
V n3
v
=
V n3
i∗r
= 200
5∗10∗10−3
=4000
. Rmn3=(n3−1 )∗r=(4000−1 )∗5=19995Ω
Vpatrón i v = i * r V = n3 * v
200 V 10 mA 50 mV 200 V
191.63 V 9.582 mA 47.910 mV 191.64 V
184.52 V 9.226 mA 46.130 mV 184.52 V
169.56 V 8.478 mA 42.390 mV 169.56 V
157.45 V 7.873 mA 39.365 mV 157.46 V
149.99 V 7.500 mA 37.500 mV 150.00 V
V1
200V 
XMM1
XMM2
R1
19995Ω
Rango de 200 V
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V. CUESTIONARIO:
V.1¿En qué consiste el sistema de medición de bobina móvil o movimiento de
D’Arsonval utilizado en los Voltímetros de cc?
. El mecanismo sensor más común que se emplea en los amperímetros y voltímetros,
en algunos ohmímetros, medidores rectificadores de ca y puentes de impedancia
electromecánicos es un DISPOSITIVO SENSOR DE CORRIENTE, denominado de
bobina móvil o movimiento D’Arsonval. Son muy exactos además pueden detectar
corrientes menos de 1µA.
. El movimiento detecta la corriente empleando la fuerza que surge de la interacción
de un campo magnético fijo y la corriente que pasa a través de la bobina. La fuerza se
emplea para generar un desplazamiento mecánico que se mide en una escala
calibrada. La desviación de la aguja es directamente proporcional a la corriente que
fluye en la bobina.
V.2Adjunte los diseños de todos los rangos de voltímetros que diseño y explique el
procedimiento de cálculo.
. Primeramente, para calcular el valor de la resistencia que va en serie al circuito para
el diseño del rango de un voltímetro se aplica la siguiente formula: Rmn = (n – 1) * r,
donde Rmn es la resistencia que se conectara en serie, n es el factor que resulta de la
división de Vn/v, y r es la resistencia interna del miliamperímetro.
. El factor n mencionado anteriormente se halla a partir de dividir Vn/v, donde Vn es
el voltaje al cual esta siendodiseñado el voltímetro, y v es el voltaje del circuito que
resulta de multiplicar r * i, donde i es la corriente que mide el miliamperímetro.
. RANGO DE 50 V
. n1=
V n1
v
=
V n1
i∗r
= 50
5∗10∗10−3
=1000
. Rmn1=(n1−1 )∗r=(1000−1 )∗5=4995Ω
. RANGO DE 100 V
. n2=
V n2
v
=
V n2
i∗r
= 100
5∗10∗10−3
=2000
. Rmn2=(n2−1 )∗r=(2000−1 )∗5=9995Ω
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. RANGO DE 200 V
. n3=
V n3
v
=
V n3
i∗r
= 200
5∗10∗10−3
=4000
. Rmn3=(n3−1 )∗r=(4000−1 )∗5=19995Ω
V.3¿Cuál es la función de las resistencias en serie o multiplicadoras y qué
características debe de cumplir?
. La resistencia en serie o multiplicadora cumple la función de reducir la corriente en
la rama donde se ubica, para que esta corriente pueda ser medida por el
miliamperímetro colocado en esa rama, en este caso la corriente máxima que podía
medir el miliamperímetro era de 10 mA. Estas resistencias están especialmente
diseñadas de acuerdo al rango y diseño del voltímetro que se quiere usar, cumpliendo
prácticamente la Ley de Ohm, multiplicando el valor de esta resistencia sumada con
la resistencia interna del instrumento (miliamperímetro) con el valor que marca el
miliamperímetro, este resultado debe ser igual o muy cercano al valor que mide el
voltímetro patrón que es el voltaje real que circula por el circuito.
. Las características principales que debe cumplir es que su valor, a comparación de
las resistencias shunt, es muy elevado de acuerdo al rango y diseño que se quiere del
voltímetro, además, el diseño de estas no es tan complejo como el diseño de las shunt
debido a su alto valor de resistencia.
V.4¿Qué precauciones se debe tener para el uso del Voltímetro analógico?
. Las precauciones que se deben tener en los circuitos realizados se basan en torno al
miliamperímetro utilizado, ya que, si llegara a circular una corriente mayor a la que
puede medir el miliamperímetro, este se quemaría inmediatamente, cabe resaltar que
la corriente máxima que mide dicho miliamperímetro ese de 10 mA. En el caso del
voltímetro patrón, no hay problema ya que este mide sin problemas el voltaje que
proporciona la fuente. En conclusión, las precauciones se deben dirigir esencialmente
hacia el valor de la corriente que pasa por el miliamperímetro, tener cuidado que no
se super la corriente máxima, sino el miliamperímetro se quemara, para ello también
es muy importante colocar la resistencia en serie con el valor adecuado al diseño.
V.5Realice un análisis del efecto de carga que tienen las resistencias utilizadas en el
circuito.
. El efecto de carga de las resistencias utilizadas, también llamada regulación,
consiste esencialmente en reducir drásticamente la corriente que pasa por la rama
donde estas resistencias están ubicadas.
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. El error que produce esta resistencia en el calculo y la medición de datos es mínima,
ya que como se comprobó en las tablas anteriormente, en la mayoría de datos que
vienen en base a la resistencia y medida del miliamperímetro son iguales a la medida
hecha por el voltímetro patrón, es decir, prácticamente no hubo error en los cálculos
realizados. Recordar que esta resistencia se encarga esencialmente de disminuir la
corriente en esa rama y hacer que el miliamperímetro no se queme.
V.6Realice en forma tabulada una comparación entre los valores obtenidos por el
voltímetro patrón y el voltímetro que ha sido diseñado (para cada uno de los
tres rangos). Encuentre los errores absolutos y relativos porcentuales.
. A continuación, se mostrará de forma tabulada los resultados de voltaje obtenidos
por la medición del voltímetro patrón, así como del voltímetro diseñado
(multiplicación del voltaje en el miliamperímetro por el factor n).
Rango de 50 V (n1 = 1000)
Vpatrón V = n1 * v Error Absoluto Relativo Porcentual
50 V 50 V 0 0
45.37 V 45.37 V 0 0
33.25 V 33.25 V 0 0
29.43 V 29.43 V 0 0
15.81 V 15.81 V 0 0
8.69 V 8.69 V 0 0
Rango de 100 V (n2 = 2000)
Vpatrón V = n2 * v Error Absoluto Relativo Porcentual
100 V 100 V 0 0
92.65 V 92.65 V 0 0
86.33 V 86.33 V 0 0
78.52 V 78.52 V 0 0
65.59 V 65.59 V 0 0
57.86 V 57.86 V 0 0
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Rango de 200 V (n3 = 4000)
Vpatrón V = n3 * v Error Absoluto Relativo Porcentual
200 V 200 V 0 0
191.63 V 191.64 V 0.01 0.00522
184.52 V 184.52 V 0 0
169.56 V 169.56 V 0 0
157.45 V 157.46 V 0.01 0.00635
149.99 V 150.00 V 0.01 0.00667
. Como se observa, en las dos primeras tablas no existe error alguno, ni absoluto ni
relativo porcentual, esto debido a que no existen variaciones o fluctuaciones en los
valores dados, tanto de tensión a la fuente como por ejemplo de la resistencia en serie
utilizada.
. En la ultima tabla si se observa un mínima error absoluto y relativo porcentual, esto
pudo ser debido a que se tomaron valores de tensión en la fuente con dos decimales y
por ello el miliamperímetro no brindo la corriente con sus decimales completos, por
lo cual se tuvo que aproximar dicho valor de corriente, esto es lo que provocó el
mínimo error que se aprecia.
V.7¿En qué consiste la ampliación de rango de un voltímetro de CC? Explique.
. La ampliación de rango de un voltímetro de CC consiste esencialmente en registrar
y medir de forma indirecta un valor de tensión muy por encima del valor de tensión
que realmente soporta el circuito en cuestión, esto debido a que, al utilizar una
resistencia de valor muy grande en serie al miliamperímetro que registra la corriente
que circula por esa rama, esta corriente se reduce considerablemente permitiendo que
el miliamperímetro registre como máximo la corriente admisible para su rango, pero
realmente el circuito está conectado a una fuente de tensión con un valor mucho
mayor de tensión que provoca una corriente también mucho mayor a la que soporta el
miliamperímetro. Esto queda comprobado con el hecho de conectar un voltímetro
patrón en paralelo al circuito comprobando efectivamente que marca el valor de
tensión que brinda la fuente.
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VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:
. Observaciones
 Se observo, como se menciono anteriormente, que el error que hubo en las 3
tablas fue prácticamente nulo, debido a que como se vienen trabajando con el
simulador Multisim, no existen fluctuaciones ni variaciones en los valores
proporcionados, tanto a la fuente como a la resistencia conectada en serie.
 La resistencia interna del miliamperímetro fue considerada como 5 ohmios, esta
es muy importante, ya que hubo un momento en el que trabaje con la resistencia
predeterminada que daba el simulador (10 µΩ) y debido a este error, el
miliamperímetro marcaba 10.005 mA, lo cual, lógicamente en la practica
presencial hubiera ocasionado que el instrumento se queme por superar los 10
mA que son su rango máximo.
 En caso de conectar de manera incorrecta la resistencia en serie, esa rama actuaria
como circuito abierto, por lo cual no circularía corriente y por ende, no pasaría
absolutamente nada con el miliamperímetro porque no estaría trabajando, caso
contrario pasaba con el miliamperímetro utilizado en el diseño y ampliación de
rango de un amperímetro de DC.
 Como se observo en los cálculos realizados, tanto las resistencias utilizadas en
serie como el factor n hallado son de valores muy grandes.
. Recomendaciones
 Si se hubiera realizado la práctica de forma presencial, se debía tener mucho
cuidado de no quemar el miliamperímetro al sobrepasar la corriente máxima que
soporta (10 mA en este caso), para ello se debía verificar y calcular correctamente
la resistencia conectada en serie.
 Al usar el simulador, considerar la modificación de las resistencias interna según
se indique, esto para realizar los cálculos y que se asemejen lo mas posible a los
que se obtendrían de forma presencial en el laboratorio.
 Como se mencionó en algún punto, de lo que se debe tener precaución es de la
corriente circulante del circuito, mas no tanto del voltaje de este, yaque lo que
tiende a dañarse y quemarse es el miliamperímetro, sin embargo, la corriente será
en función a la tensión aplicada, por ello también se debe tener especial
consideración y precaución de conectar la resistencia adecuada dependiendo del
diseño del voltímetro.
. Conclusiones
 Se concluye que la ampliación, diseño y construcción de un voltímetro de DC
sirve básicamente para que por un circuito circule un determinado voltaje o
tensión de alto valor sin que el instrumento medidor de corriente
(miliamperímetro) resulte dañado.
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 Esto en general se llegaría a utilizar cuando no se cuentan con instrumentos
suficientes o que cumplan con las especificaciones correspondientes o mínimas
para la medición y calculo de datos de un circuito, se recurre a esto adaptándonos
a las circunstancias.
 Al igual que el diseño de un amperímetro de DC, este método y practica es de
gran utilidad, teniendo la finalidad de usarlo en cualquier circunstancia, siempre
teniendo ventajas y desventajas como cualquier método.
VII. BIBLIOGRAFIA:
[1]- https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_de_carga 
[2]-PDF, “Sistemas de Medida – Clase 2”, Mg. Deidamia Chani Ollachica, Medidas
Eléctricas, Universidad Católica de Santa María – Arequipa, 2020.
https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_de_carga