2.3.1 Método Directo - Conexión de Voltímetro

• Introducción:

La medición directa de tensión se efectúa cuando el equipo de medida interviene directamente en el circuito sin la ayuda de ningún equipo o elementos adicionales.

Figura 2.3.1.1 Medición directa

Algo a tener en cuenta en el momento de realizar una medición es que los equipos de medidas no son perfectos e ideales por lo cual estos presentan una resistencia (en el caso de corriente continua), el cual influye en el circuito como un elemento pasivo.

Figura 2.3.1.2 Resistencia Voltímetro

Siendo Rvolt la resistencia dada por el fabricante, la cual representara al voltímetro como elemento pasivo dentro del circuito.

• Recomendaciones:

Estas recomendaciones se verán explicadas con profundidad en el concepto teórico.

• Rvot debe ser mucho mayor a R4. (Rvolt >> R4).
• VR4 no debe superar el rango de medición del Voltímetro.

• Concepto teórico:

La medición de voltaje como cualquier otra medición de una variable eléctrica partirá del circuito equivalente Thevenin de donde se quiera realizar la medición (esto con el fin de simplificar el análisis), en este caso se quiere realizar la medición del voltaje VR4:

Figura 2.3..1.3 Ubicación puntos a-b

La ubicación de los puntos a-b estarán dados por el lugar donde se encuentra el voltímetro, y visto desde allí se hallara Vth y Rth respectivamente, es decir se extrae el elemento de medida y con el "nuevo" circuito serán hallados los valores.

Figura 2.3.1.4 Equivalente Thevenin visto desde a-b

Es en este circuito donde se realizara el análisis incluyendo el voltímetro y realizando los cálculos pertinentes para determinar los valores de:

• Corriente
• Potencia
• Error relativo
• Error Absoluto
• Incertidumbre de la medida

De acuerdo a la teoría vista en circuitos D.C la tensión Thevenin y resistencia Thevenin son los valores vistos desde los puntos a-b.

Del circuito equivalente Thevenin analizado como un circuito ideal se puede obtener que:

Ecuación 2.3.1.1 Tensión Vv verdadera

Este valor hará mención al valor que se cree verdadero o valor teórico.

Si se integra el voltímetro en el circuito se obtiene el siguiente circuito:

Figura 2.3.1.5 Equivalente Thevenin con voltímetro

Realizando el mismo análisis de tensión Thevenin se obtendrá el valor que será visto por el voltímetro:

Ecuación 2.3.1.2 Tensión medida

Una vez obtenido el valor de la tensión convencionalmente verdadera y tensión medida se puede proceder a calcular el error generado por el equipo de medida:

Ecuación 2.3.1.3 Error relativo y error absoluto

• Con el error absoluto se puede observar cuantos voltios cambia la medida del valor convencionalmente verdadero.
• Con el error relativo se puede ver el porcentaje con el que afecta el voltímetro la medida.

Realizando un análisis desde el error relativo se podrá observar con claridad como Rvolt afecta de forma directa el sistema:

Ecuación 2.3.1.4 Análisis de error

Con esta ecuación se puede ver como las limitaciones que posee el sistema de medición, dando como conclusión:

• Si Rth >> Rvolt el error se acerca hacia uno (1)
• Si Rth << Rvolt el error se acerca hacia cero (0).

Lo ideal es que Rth tome valores pequeños en comparación a Rvolt para que así el error de la medida sea pequeño.

Con respecto a la incertidumbre de la corriente se usara el catalogo dado por el fabricante ya que el equipo de medida es el que se encarga de realizar directamente la medición, en este caso un amperímetro medirá la corriente deseada.

Ecuación 8.1.5 Incertidumbre VR4 medida

La incertidumbre se encarga de mostrar cuanto es capaz de desviarse la medida del valor previamente calculado, esto es debido a que el equipo de medida no es exacto ni perfecto, además de que la referencia con la cual el equipo fue configurado también posee incertidumbre.

Conclusiones:

• Con la medición directa es posible obtener valores bajos de error mientras Rvolt sea mayor a Rth debido a que el equipo por lo general siempre se conecta paralelo al sistema.

• Es un método sencillo y versátil de usar lo que lo hace favorito a la hora de realizar prácticas pensadas para estudiantes o medidas que se deseen hacer rápidamente, donde el valor de Rth no suele ser tan grande por lo tanto se obtiene un error pequeño, generando confianza en los datos obtenidos por el equipo aunque se debe tener en cuenta la incertidumbre de este.

 

2.3 Medición de FEM y Diferencia de potencial	2.3.2 Métodos Indirectos