UNIVERSIDAD VERACRUZANA
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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA” TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA PRESENTA: C. MUÑOZ BLANCO ENRIQUETA DEL CARMEN C. VELÁZQUEZ RODRÍGUEZ RUBÍ DIRECTOR DE TESIS: ING. MARCOS GUSTAVO CASTRO XALAPA, EQUEZ. FEBRERO DE 2011 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Queremos expresar nuestro agradecimiento: Principalmente a Dios por enseñarnos el camino correcto de la vida, guiándonos y fortaleciéndonos cada día con su Espíritu Santo. A nuestros queridos padres que sin escatimar esfuerzo alguno, han sacrificado gran parte de su vida para formarnos y educarnos. Porque nos han sabido guiar en los momentos que más lo hemos necesitado. Creyendo siempre en nosotras. Y brindándonos su apoyo más importante, su amor. A nuestras hermanas, por sus valiosos consejos y en los momentos más difíciles, nos alentaron a seguir adelante, anhelando que siempre nos preparáramos para enfrentarnos a la vida y que hoy se ven cumplidos nuestros esfuerzos y deseos. A nuestro Director de Tesis, Ing. Marcos Gustavo Castro por su incondicional colaboración en este trabajo, por sus enseñanzas y sobretodo por su ejemplo de profesionalismo. Al Dr. Rafael Mestizo Cerón y al Mtro. Simón Leal Ortiz, por sus valiosas sugerencias y acertados aportes durante el desarrollo de este trabajo. A el Ing. Julio Contreras Córdoba, por su generosidad al brindarnos la oportunidad de recurrir a su capacidad y experiencia científica en un marco de confianza, afecto y amistad, fundamentales para la elaboración de este trabajo. UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA ÍNDICE Introducción ..................................................................................... 1 Capítulo I Antecedentes de la calibración en México ................. 3 1.1 Antecedentes de la metrología ............................................................. 3 1.2 Importancia de la aplicación de la metrología en el comercio ............... exterior en México.............................................................................. 6 1.3 Impacto económico derivado de los errores de la medición ................. 6 1.4 Cronograma de la metrología en México .............................................. 7 1.5 Definición de la metrología ................................................................. 11 1.6 Sistema internacional de unidades, SI ............................................... 11 1.7 Magnitudes y unidades .................................................................... 12 1.7.1 1.7.2 1.7.3 1.7.4 1.7.5 1.7.6 1.7.7 1.7.8 Dimensión de una magnitud ................................................ 12 Unidad de medida ............................................................... 13 Sistema de unidades de medida ......................................... 13 Unidad de medida de base ................................................. 14 Valor verdadero de una magnitud. ..................................... 14 Valor convencionalmente verdadero de una magnitud ....... 14 Valor numérico de una magnitud ........................................ 15 Escala de referencia de una magnitud o propiedad ............ 15 1.8 Mediciones ......................................................................................... 16 1.8.1 1.8.2 1.8.3 1.8.4 1.8.5 1.8.6 1.8.7 1.8.8 1.8.9 Medición .............................................................................. 16 Medición estática ................................................................ 16 Principio de medición .......................................................... 16 Método de medición ............................................................ 16 Procedimiento de medición ................................................. 17 Magnitud de influencia ........................................................ 17 Señal de medición ............................................................... 17 Método de medición directo ................................................ 17 Método de medición por comparación directa ..................... 18 1.9 Resultado de las mediciones ........................................................... 18 1.9.1 1.9.2 1.9.3 1.9.4 1.9.5 Indicación de un instrumento de medición ............................ 18 Resultado corregido .............................................................. 19 Exactitud de medición ........................................................... 19 Repetitividad de medición ..................................................... 19 Desviación estándar experimental ........................................ 20 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.10 Incertidumbre ................................................................................... 21 1.10.1 Incertidumbres de medición ................................................ 21 1.11 Error ................................................................................................. 21 1.11.1 1.11.2 1.11.3 1.11.4 1.11.5 1.11.6 1.11.7 1.11.8 1.11.9 Error absoluto de medición............................................... 21 Error relativo ..................................................................... 22 Erro aleatorio .................................................................... 22 Error sistemático ............................................................... 22 Corrección ........................................................................ 22 Factor de corrección.......................................................... 23 Instrumento de medición ................................................... 23 Medida materializada ........................................................ 23 Sistema de medición ........................................................ 23 1.12 Aparato de medición ....................................................................... 24 1.12.1 1.12.2 1.12.3 1.12.4 1.12.5 1.12.6 1.12.7 1.12.8 1.12.9 1.12.10 1.12.11 1.12.12 Aparato de medición indicador ........................................ 24 Aparato de medición digital ............................................ 24 Dispositivo indicado......................................................... 24 Dispositivo Registrador ................................................... 25 Sensor ............................................................................. 25 Amplitud de escala .......................................................... 25 División de escala ………………………………………..…26 Escala lineal .................................................................... 26 Ajuste .............................................................................. 26 Características de los instrumentos de medición ............ 26 Alcance de medición ...................................................... 27 Intervalo de medición ………………………………… ...…27 1.13 Patrones .......................................................................................... 28 1.13.1 Patrón.................................................................................. 28 1.13.2 Patrón primario .................................................................... 28 1.13.3 Patrón secundario ............................................................... 28 1.14.3 Patrón internacional .............................................................. 29 1.13.4 Patrón nacional ................................................................... 29 1.13.5 Patrón de referencia ............................................................ 29 1.13.6 Patrón de trasferencia ......................................................... 29 1.13.7 Patrón viajero ...................................................................... 30 1.13.8 Trazabilidad ......................................................................... 30 1.13 Calibración ....................................................................................... 31 1.13.9 Calibración .......................................................................... 31 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.14 Campo de actuación......................................................................... 31 Capítulo II Descripción del método de calibración por simulación .. de corriente alterna ............................................................................... 32 2.1 Automatización del proceso de calibración ...................................... 32 2.2 Proceso de calibración ..................................................................... 33 2.3 Desarrollo del procedimiento ........................................................... 34 2.3.1 Análisis de las especificaciones del instrumento .................. 34 2.3.1.1 Condiciones ambientales ............................... 34 2.3.1.2 Intervalos de operación .................................. 34 2.3.1.3 Conexiones del instrumento .......................... 34 2.4 Evaluaciones en un proceso de calibración ..................................... 35 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 Condiciones ambientales ..................................................... 35 Normas de seguridad ........................................................... 35 Encendido del instrumento .................................................. 36 Conexiones para las pruebas .............................................. 36 Comparaciones .................................................................... 36 2.5 Umbral de ajuste .............................................................................. 37 2.6 Descripción del instrumento. ........................................................... 38 2.7 Método de calibración ...................................................................... 39 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4 2.7.5 Preparación del instrumento y del circuito de referencia..... 39 Encendido del instrumento.................................................. 39 Precaución .......................................................................... 39 Funcionamiento del instrumento ......................................... 39 Comparación del instrumento contra el circuito de ................ referencia ............................................................................ 41 Capitulo III Diseño y Construcción ...................................................... 42 3.1 Conceptos básicos........................................................................... 42 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 Multímetro digital de gancho .............................................. 42 Exactitud ............................................................................. 42 La ley de Ohm ..................................................................... 42 Representación digital ......................................................... 43 3.2 Tensión e intensidad de CA ............................................................ 43 3.2.1 Medidas de tensión ............................................................ 43 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR 3.2.2 COMPUTADORA Intensidad de CA ................................................................ 44 3.2.2.1 Medidas de intensidad ........................................................ 44 3.2.2.2. Como se realiza las medidas de corriente con sonda .... 44 3.2.2. 3 Transformadores de medida. .......................................... 45 3.2.2.4. Principio del funcionamiento del transformador .............. 45 3.3 Construcción de la bobina toroidal ................................................... 47 3.4 Circuito de referencia. ...................................................................... 49 3.4.1 Resistencias de 1 Ω ............................................................ 53 3.4.1.1 Divisor de tensión. .............................................. 53 3.4.2 3.4.3 Autotransformador variable ................................................. 54 Transformador Reducto ...................................................... 55 3.5 Circuito de monitoreo ....................................................................... 57 3.5.1 3.5.2 3.5.3 Puente de diodos ................................................................ 61 Convertidor analógico digita................................................ 63 PIC. ..................................................................................... 65 3.5.3.1 Pines y funciones............................................................ 65 3.5.4. MAX232 .............................................................................. 69 3.6 Visual Basic ..................................................................................... 70 3.6.1 Programas secuenciales interactivos y orientados a ............ 70 eventos .................................................................................. 70 3.6.1.1 Programas para los entornos Windows. ......................... 70 Capítulo IV Análisis de resultados .............................................. 73 4.1 Recomendación INC -1 (1980) ........................................................ 74 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 Incertidumbre de medición .................................................... 75 Incertidumbre estándar ......................................................... 75 Evaluación (de incertidumbre) tipo A. ................................... 75 Evaluación (de incertidumbre) tipo B ..................................... 75 Errores, efectos y correcciones ............................................ .76 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 4.2 Procedimiento para la evaluación y expresión de la .......................... incertidumbre ................................................................................... 77 4.2.1 Prueba #1 .............................................................................. 77 4.2.2 Prueba # 2 ............................................................................. 84 4.2.3 Prueba # 3 ............................................................................ 91 Capítulo V Análisis del Costo – Beneficio ................................ 101 Conclusión ................................................................................... 108 Bibliografía ................................................................................... 110 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA ÍNDICE DE IMÁGENES Imagen 1.1 Palma, cuarta, dedo y pulgada ............................................................. 2 Imagen 1.2 La braza y la vara ................................................................................. 4 Imagen 2.1 Interpretación gráfica del concepto de umbral de ajuste .................... 36 Imagen 2.2 FLUKE 336 ......................................................................................... 37 Imagen 2.3 Prueba de segmentos de la pantalla al encender el multimetro ........ 39 Imagen 2.4 Conexiones para la calibración........................................................... 40 Imagen 3.1 Principio del funcionamiento del trasformador .................................. 45 Imagen 3.2 Construcción de la bobina ................................................................ 47 Imagen 3.3 Estructura de la bobina toroidal ........................................................ 47 Imagen 3.4 Montaje de bobina ............................................................................ 48 Imagen 3.5 Bobina ............................................................................................... 48 Imagen 3.6 Diagrama de circuito de referencia .................................................... 50 Imagen 3.7 Conexión de las cinco resistencias en serie ....................................... 50 Imagen 3.8 Montaje de las resistencias ................................................................ 51 Imagen 3.9 Colocación del autotransformador ...................................................... 51 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Imagen 3.10 Conexiones del autotransformador..................................................... 51 Imagen 3.11 Instalación del trasformador reductor ................................................. 52 Imagen 3.12 Circuito de referencia ........................................................................ 52 Imagen 3.13 Enlace de resistencias ...................................................................... 53 Imagen 3.14 Detalle de la unión de resistencias .................................................... 53 Imagen 3.15 Diagrama del autotransformador variable ......................................... 54 Imagen 3.16 Autotransformador variable ............................................................... 55 Imagen 3.17 Diagrama del trasformador reductor .................................................. 55 Imagen 3.18 Trasformador reductor ....................................................................... 56 Imagen 3.19 Diagrama de circuito de monitoreo .................................................... 58 Imagen 3.20 Conexión del ADC .............................................................................. 59 Imagen 3.21 Conexión del PIC................................................................................ 59 Imagen 3.22 Cadena de leds y conexiones del MAX 232 ...................................... 60 Imagen 3.23 Conexiones del circuito de monitoreo ................................................ 60 Imagen 3.24 Puente rectificador ............................................................................. 61 Imagen 3.25 Circulación de corriente semi- ciclo negativo .................................... 61 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Imagen 3.26 Onda de salida .................................................................................. 62 Imagen 3.27 Filtro R-C ........................................................................................... 62 Imagen 3.28 Circuito convertidor analógico digital ................................................. 63 Imagen 3.29 Terminales del PIC ........................................................................... 65 Imagen 3.30 Diagrama del MAX 232 ..................................................................... 69 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Equivalencias ....................................................................................... 4 Tabla 2.1 Especificaciones del multímetro FLUKE 336 ...................................... 37 Tabla 3.1 Pines del ADC .................................................................................... 65 Tabla 3.2 Puerto A del PIC ................................................................................ 66 Tabla 3.3 Puerto B del PIC ................................................................................. 67 Tabla 3.4 Pines adiciones del PIC ...................................................................... 67 Tabla 3.5 Comandos de Visual Basic ................................................................ 72 Tabla 4.1 Comparación de resultados ............................................................... 97 Tabla 4.2 Calculo de la prueba #1 ...................................................................... 98 Tabla 4.3 Calculo de la prueba # 2 .................................................................... 99 Tabla 4.4 Calculo de la prueba # 3 .................................................................. 100 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA INTRODUCCIÓN El proceso de calibración de multímetros digitales, se implemento en la División de Distribución Oriente, de la Comisión Federal de Electricidad, como una respuesta a la necesidad de cumplir con los establecidos. En primer lugar, en la “Ley Federal Sobre Metrología y Normalización”, donde se menciona el “establecimiento de la obligatoriedad de la medición en transacciones comerciales, así como instituir el sistema nacional de calibración”. Aunado a lo anterior se da cumplimiento al requisito 7.6 de la norma ISO9001/2000 referente al “control de los dispositivos de seguimiento y medición”. Por lo anterior se estableció el programa anual de calibración que a grandes rasgos busca que cada multímetro utilizado en las Zonas de Distribución sean calibrados una vez por año. Para ello se cuenta con un laboratorio de metrología en las Oficinas Divisionales, sin embargo en las zonas aún no tienen forma de realizar verificaciones intermedias del desempeño de los instrumentos. Tampoco es practico adquirir un equipo multifunciones para dichas verificaciones pues no serían aprovechados en su totalidad. Se propone como método alterno de verificación de los multímetros, la construcción de un sistema de calibración de bajo costo, que permita realizar pruebas a intervalos de tiempo regulares entre cada calibración. Página 1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Para mantener la confianza de los multímetros utilizados por el personal de campo, que son los encargados de conectar servicios de energía eléctrica, realizar reparaciones desde la acometida hasta la base del medidor donde debe realizar mediciones con los multímetros. El sistema propuesto se diseña aplicando materiales y componentes que en primer lugar estén disponibles dentro de la misma empresa y complementado con aquellos que se encuentren disponibles en el mercado local, garantizando por métodos estadísticos que el desempeño del sistema cumple con los requerimientos técnicos suficientes para que las verificaciones sean válidas, al evaluar el cumplimiento del multímetro con las especificaciones del fabricante. Página 2 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA CAPITULO I ANÁLISIS DE LA CALIBRACIÓN EN MÉXICO 1.1 ANTECEDENTES DE LA METROLOGÍA. Antes del Sistema Métrico Decimal, los humanos no tenían más remedio que echar mano de lo que llevaban encima, su propio cuerpo, para contabilizar e intercambiar productos. Así aparece el pie, casi siempre apoyado sobre la tierra, como unidad de medida útil para medir pequeñas parcelas, del orden de la cantidad de suelo que uno necesita, por ejemplo, para hacerse una choza. Aparece el codo, útil para medir piezas de tela u otros objetos que se pueden colocar a la altura del brazo, en un mostrador o similar. Aparece el paso, útil para medir terrenos más grandes, caminando por las lindes. Para medidas más pequeñas, de objetos delicados, aparece la palma y, para menores longitudes, el dedo. Pero hay un dedo más grueso que los demás, el pulgar, el cual puede incluirse en el anterior sistema haciendo que valga 4/3 de dedo normal como se muestra en la figura 1.1. Con ello, el pie puede dividirse por 3 o por 4 según convenga. Y dividiendo la pulgada en 12 partes, se tiene la línea para medidas muy pequeñas. Figura 1.1 Palma, cuarta, dedo y pulgada. Página 3 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Al necesitarse una correspondencia entre unas unidades y otras, aparecen las primeras equivalencias: una palma tiene cuatro dedos; un pie tiene cuatro palmas; un codo ordinario tiene un pie y medio, esto es, 6 palmas; y si a ese codo se le añade un pie más, tenemos el grado o medio paso que es igual, por tanto, a un codo más un pie, o dos pies y medio, o diez palmas; y por fin el paso que es la distancia entre dos apoyos del mismo pie al caminar. Así que una vez decidido cuanto mide un pie, o un codo, todas las demás medidas se obtienen a partir de él, con lo cual puede hacerse un primer esbozo de un sistema antropométrico coherente, como el que muestra la Tabla 1.1 Dedo Pulgada Línea 1/9 1/12 Grano ¼ 3/16 Dedo Palma Pie Codo Vara ¾ Pulgada 4/3 1/12 Palma 4 Cuarta 12 Pie 16 Codo 24 6 1,5 Grado 40 10 2,5 5/3 Vara 48 12 3 2 Paso 80 20 5 10/3 Braza 96 24 6 4 3 ¼ 3 12 ¾ ¼ 4 Tabla 1.1 Equivalencias. Página 4 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Cada una de estas medidas, además, se corresponde con un gesto humano característico. Así, la braza es la altura del cuerpo humano, pero se forma al poner los brazos en cruz con las puntas de los dedos estiradas; y la vara, al doblar los brazos, es lo que mide el hombre de codo a codo. Hasta el Renacimiento, la mayor parte de la información existente sobre metrología se refiere a su aplicación en las transacciones comerciales y en las exacciones de impuestos. Solo a partir del Renacimiento se hace visible la distinción entre metrología científica y otras actividades metrológicas, que podríamos denominar “de aplicación”. Figura 1.2 La braza y la vara Antes del Renacimiento, el Imperio Bizantino jugó también un papel importante, por ser su metrología el germen de los módulos árabes posteriores. Todos los módulos empleados por Bizancio derivan de los griegos y de las aportaciones romanas posteriores, éstas “helenizadas”, conduciendo a nombres griegos en su totalidad. Página 5 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.2 IMPORTANCIA DE LA APLICACIÓN DE LA METROLOGÍA EN EL COMERCIO EXTERIOR EN MÉXICO. Un impacto económico y social favorable de las mediciones depende en gran medida de su correcta realización y de su adecuada interpretación. Cualquier instrumento tiene imperfecciones de fabricación (por pequeñas que sean), y está expuesto a perturbaciones externas durante una medición; también puede ser sujeto de un empleo inadecuado por parte de los operadores. Aunque en un ambiente industrial podría esperarse que las mediciones se controlaran de una manera más sistemática, todavía es difícil encontrar empresas que mantengan todos sus elementos de medición de una manera correcta, a través de un programa de aseguramiento de mediciones. Cada día miles de operaciones comerciales son llevadas a cabo y la aplicación de la metrología necesariamente se ve implícita; por lo que la omisión de los controles metrológicos implicaría graves repercusiones económicas y sociales. 1.3 IMPACTO ECONÓMICO DERIVADO DE LOS ERRORES DE MEDICIÓN. Es claro que, las mediciones perfectas no existen, pero el error en la medición puede ser corregido, disminuyendo con ello la incertidumbre de la medición, como Castelazo (2002) señala esto se puede realizar a través del cálculo de la incertidumbre asociada a la medición. Para ello, es importe tomar en cuenta la actividad del metrológo en el cálculo adecuado de la incertidumbre total de medición. Así como el uso de certificados para garantizar que nuestro instrumento esta dentro de un intervalo permitido y corregir los valores del instrumento hacia un patrón de mayor Página 6 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA exactitud. De esta manera, se garantiza una incertidumbre y trazabilidad adecuadas en nuestras mediciones. El esfuerzo realizado por el Centro Nacional de Metrología (CENAM) en la elaboración de materiales de referencia certificados ha sido importante; principalmente en las áreas de alimentos y debidas, productos químicos y análisis ambientales. Portal motivo, actualmente el Centro está preparado para atender el 25% de materiales de referencia, para normas obligatorias y 6% de opcionales. Resulta evidente, el trabajo aún pendiente que habrá que continuarse desarrollando en la metrología en nuestro país para un mejor bien estar económico y social. 1.4 CRONOGRAMA DE LA METROLOGÍA EN MÉXICO 1521 Cae la gran Tenochtitlán y con ello se vio truncado violentamente el sistema de medidas de los aztecas, antiguos mexicanos. 1525 Ordenanza de Hernán Cortes sobre el fielazgo y los patrones de verificación. 1536 El virrey Don Antonio de Mendoza proclama el uso de las medidas españolas: la vara y la libra, castellanas. 1792 Finaliza la revolución francesa y se crea el Sistema Métrico Decimal. Mechain el primer mártir y Lavoisier guillotinado. 1856 Primera circular que obliga el uso del sistema métrico decimal francés a los ingenieros de caminos. Página 7 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1857 Primer decreto en el que establece en toda la república la Dirección General de Pesas y Medidas. 1862 Primer decreto de Maximiliano de Hamburgo sobre el uso obligatorio del sistema métrico. 1865 Decreto de Benito Juárez también sobre la obligatoriedad del sistema métrico. 1889 Primera reunión de la Conferencia General de Pesas y Medidas, en París. 1890 México finamente se adhiere a la Convención del Metro. 1892 Se recibe en México el kilogramo No.21 de platino iridio. Primer patrón nacional. 1895 Se recibe en México el metro No. 25 de platino iridio. Patrón nacional de longitud. Ley de pesas y medidas. Se adopta el sistema métrico internacional. 1900 Se depositan los patrones nacionales en la Secretaria de Fomento, colonización e Industrial, del gobierno mexicano. 1905 Ley sobre pesas y medidas. Página 8 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1910 Se inicia la construcción del edificio del Departamento de Pesas y Medidas en la ciudad de México, en plena revolución mexicana. Se trasladan los patrones nacionales y se adquieren masivamente los primeros equipos para un laboratorio de metrología eléctrica. Algunos de ellos actualmente en el museo del CENAM. 1927 México ratifica la adhesión a la Conferencia del Metro. 1928 Ley sobre pesas y medidas. 1940 Segunda guerra mundial. Se construye el laboratorio de metrología del departamento de Pesas y Medidas y se instala en Tecamachalco, D.F. 1945 Ley de Normas Industriales. El antiguo Departamento de Pesas y Medidas se trasforma en el actual DGN. 1961 Ley General de Normas y de Pesas y Medidas. 1980 Se instituye el Sistema Nacional de Calibración (SNC), fundamentado en el laboratorio primario nacional, primer antecedente legal de CENAM. Se instituye el Sistema Nacional de Acreditamiento de Laboratorio de Pruebas (SINALP). 1984 El proyecto CENAM se traslada al CINVESTAVIPN. Página 9 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1985 El temblar en la ciudad de México. Se rescatan de los escombros de la secretaria de comercio, la caja fuerte contenidos los patrones nacionales de masa y longitud. 1988 Ley Federal sobre metrología y normalización. Se institucionaliza y se eleva a rango de ley, el CENAM. 1992 Ley federal sobre metrología normalización. 1994 El CENAM se inaugura e inicia formalmente sus operaciones. 1996 Se logra la transferencia el patrón nacional histórico, masa, de platino iridio, a patrones de acero inoxidable. 1997 Reformas a la Ley Federal sobre Metrología y Normalización. 1999 Se publica el reglamento de la ley federal sobre metrología y normalización. Página 10 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.5 DEFINICIÓN DE LA METROLOGÍA. La metrología incluye todos los aspectos tantos teóricos como prácticos que se relacionan con las mediciones, cualesquiera que sea su nivel de exactitud y en cualquier campo de la ciencia y de la tecnología. 1.6 SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, SI Sistema coherente de unidades adoptado y reconocido por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). Nota: El sistema Internacional de Unidades se fundamenta en siete unidades de base correspondientes a las magnitudes de longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, cantidad de materia, e intensidad luminosa. Estas unidades son conocidas como el metro, el kilogramo, el segundo, el ampere, el kelvin, el mol y la candela, respectivamente. A partir de estas siete unidades de base se establecen las demás unidades de uso práctico, conocidas como unidades derivadas, asociadas a magnitudes tales como velocidad, aceleración, fuerza, presión, energía, tensión, resistencia eléctrica, etc. Las definiciones de las unidades de base adoptadas por la Conferencia General de Pesas y Medidas para electricidad, son las siguientes: El ampere (A) se define como la intensidad de una corriente constante, que mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable, colocados a un metro de distancia entre sí en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2 x 10-7 newton por metro de longitud (Conferencia General de Pesas y Medidas, 1948). Página 11 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.7 MAGNITUDES Y UNIDADES Magnitud (Medible).- atributo de un fenómeno, cuerpo o substancia que es susceptible de ser distinguido cualitativamente determinado cuantitativamente. El término “magnitud” puede referirse a magnitud en sentido general o una magnitud específica. Las magnitudes que son mutuamente comparables pueden ser clasificadas en “categorías de magnitudes”, por ejemplo: Trabajo, calor, energía. Espesor, circunferencia, longitud de onda. Los símbolos de las magnitudes están especificados en las normas vigentes (NOM-Z-1). Ejemplos: a) Magnitudes en sentido general: longitud, tiempo, masa, temperatura, resistencia eléctrica. b) Magnitudes específicas: longitud en un basto en particular, resistencia eléctrica de un alambre determinado. 1.7.1 Dimensión de una magnitud. Expresión que representa a una magnitud de un sistema de magnitudes, como el producto de potencias de las magnitudes de base de ese sistema. Ejemplo: Es la dimensión de la fuerza en el sistema de magnitudes: longitud, masa y tiempo. Página 12 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.7.2 Unidad de medida Magnitud específica, adoptada por convención, utilizada para expresar cuantitativamente magnitudes que tengan la misma dimensión. Símbolo de una unidad (de medida). Signo convencional que designa una unidad de medida. Ejemplos: a) M, es el símbolo de metro. b) A, es el símbolo de ampere. 1.7.3 Sistema de unidades de medida. Conjunto de unidades establecido para un sistema de magnitudes determinado. Nota: Un sistema de unidades comprende un conjunto de unidades de base elegidas y de unidades derivadas determinadas por sus ecuaciones de definición y sus factores de proporcionalidad. Ejemplos: a) Sistema Internacional de Unidades, SI. b) Sistema de Unidades, CGS. Página 13 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.7.4 Unidad de medida de base. Unidad de medida de una magnitud de base en un sistema de magnitudes determinado. a) El electrón-volt (1.60219 x 10-19 J es una unidad de energía fuera del sistema, con respecto al SI: b) El día, hora y minuto, son unidades de tiempo fuera del sistema, con respecto al SI: 1.7.5 Valor verdadero de una magnitud. Expresión de una magnitud que se forma de un número y una unidad de medidas apropiada. Ejemplos: 5.3m; 12 kg; -40°C 1.7.6 Valor convencionalmente verdadero de una magnitud. Valor de una magnitud, que puede ser substituido del valor verdadero para un fin determinado. Nota: Un valor convencionalmente verdadero es en general, considerado como suficientemente cercano al valor verdadero, porque la diferencia puede no ser significativa para los propósitos dados. Página 14 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Ejemplos: Dentro de una organización, el valor asignado a un patrón de referencia puede ser tomado como el valor convencionalmente verdadero de la magnitud determinada por el patrón. 1.7.7 Valor numérico de una magnitud. Número en el valor de una magnitud. Ejemplos: 5.3m; 12kg; -40°C Los valores numéricos son los números: 5.3; 12; -40. 1.7.8 Escala de referencia de una magnitud o propiedad. Serie de valores de una magnitud o de una propiedad dada, determinadas de una manera definida y adoptador por convención. Ejemplos: a) La escala Internacional Práctica de Temperatura, basada en la temperatura de fusión y ebullición de una serie de materiales y substancias puras específicas y en la utilización de instrumentos de medición y formulas de interpolación específicas. b) La escala de dureza Mohs, basada sobre la dureza de una serie de minerales específicos. c) La escala Richter para los sismos. Página 15 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.8 MEDICIONES 1.8.1 Medición. Conjunto de operaciones que tienen por objeto determinar el valor de una magnitud. 1.8.2 Medición estática. Medición de una magnitud cuyo valor puede ser considerado constante durante su medición. Nota: El calificativo “estática” se aplica a la magnitud y no al método de medición. 1.8.3 Principio de medición. Fundamento científico de un método de medición. Ejemplos: a) El efecto termoeléctrico aplicado a la medición de temperatura. b) El efecto Josephson aplicado a la medición de tensión eléctrica. c) El efecto Doppler aplicado a la medición de velocidad. 1.8.4 Método de medición. Conjunto de operaciones teóricas y prácticas, en términos generales, involucradas en la realización de mediciones de acuerdo a un principio establecido. Página 16 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.8.5 Procedimiento de medición. Conjunto detallado de operaciones teóricas y prácticas, involucradas en la realización de mediciones de acuerdo a un método establecido. 1.8.6 Magnitud de influencia. Magnitud que no es objeto de la medición pero que influye en el valor de mensurado en las indicaciones del instrumento de medición. 1.8.7 Señal de medición. Representación de una magnitud a medir dentro de un sistema de medición. La señal de entrada puede ser llamada “estimulo” y la señal de salida “respuestas”. 1.8.8 Método de medición directo. Método de medición en el cual el valor de la magnitud a medir es obtenido directamente en forma preferente a la medición de otras magnitudes relacionas funcionalmente con la que se desea. El método de medición permanece directo, aun si es necesario efectuar mediciones suplementarias para determinar los valores de las magnitudes de influencia, a fin de realizar las correcciones correspondientes. Página 17 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.8.9 Método de medición por comparación directa. Método de medición en el cual la magnitud a medir es comparada directamente con una de la misma naturaleza, teniendo un valor conocido. 1.9 RESULTADO DE LAS MEDICIONES. Valor de una magnitud medida, obtenida por medición. 1.- Cuando se utilice el término “resultado de una medición”, debe hacerse la aclaración si se refiere a: La indicación. El resultado bruto. El resultado corregido. 2.- Una expresión completa del resultado de una medición, incluye información sobre la incertidumbre de medición y sobre los valores apropiados de las magnitudes de influencia. 1.9.1 Indicación de un instrumento de medición. Valor de una magnitud medida suministrado por un instrumento. 1.- La indicación es expresada en unidades de la magnitud medida, e independientemente de las unidades marcadas sobre la escala. Lo que aparece sobre la escala (algunas veces llamado “indicación directa”, “lectura directa” o “valor de escala”), tiene que ser multiplicado por la constante del instrumento para obtener la indicación. Página 18 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.- Para una medida materializada, la indicación es el “valor marcado”. 3.- El significado del término “indicación” se aplica a algunas veces a lo totalizado por la señal de medición de un sistema. 1.9.2 Resultado corregido. Resultado de una medición obtenido después de haber hecho la corrección necesaria al resultado bruto, a fin de tomar en consideración los errores sistemáticos supuestos. 1.9.3 Exactitud de medición. Proximidad de concordancia entre el resultado de una medición y el valor (convencionalmente) verdadero de la magnitud medida. 1.9.4 Repetitividad de medición. Proximidad de concordancia entre los resultados de mediciones sucesivas del mismo mensurando efectuadas con la aplicación de la totalidad de las condiciones siguientes: Mismo método de medición. Mismo observador. Mismo instrumento de medición. Mismo lugar. Mismas condiciones de uso. Repetición en períodos cortos de tiempo. Página 19 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.9.5 Desviación estándar experimental. Para una serie “n” mediciones del mismo mensurado, el parámetro “s” que caracteriza la dispersión de los resultados, esta dado por la formula: Donde: Xi es el resultado de la i-esima medición y x es la medida aritmética de los “n” resultados considerados. Nota: 1.- La desviación estándar experimental no debe confundirse con la “desviación estándar” de una población de tamaño “N” y media “m”, dada por la formula: 2.- Considerando la serie “n” mediciones como una muestra de la población “s”, es una estimación de la desviación estándar de esa población. 3.- La expresión s/ proporciona una estimación de la desviación estándar de la media aritmética “x”, con respecto a la medida “m” de la población total. Esta expresión es denominada “desviación estándar experimental de la medida”. Página 20 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.10 INCERTIDUMBRE 1.10.1 Incertidumbre de medición. Estimación que caracteriza el intervalo de valores dentro de los cuales se encuentra el valor verdadero de la magnitud medida. La incertidumbre de medición comprende en general, muchas componentes; algunos de estos pueden ser estimados sobre la base de la distribución estadística de los resultados de series de mediciones y pueden estar caracterizados por desviaciones estándar experimentales. 1.11 ERROR 1.11.1 Error absoluto de medición: Resultado de una medición menos el valor (convencionalmente) verdadero de la magnitud medida. 1.- El término se aplica igualmente para: La indicación. El resultado bruto. El resultado corregido. 2.- Las partes conocidas del error de medición pueden ser compensadas aplicando correcciones apropiadas. El error del resultado corregido solo puede ser caracterizado por una incertidumbre. Página 21 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.- El “error absoluto” que tiene un signo, no debe con el “valor absoluto de un error”, el cual es el modulo de un error. 1.11.2 Error relativo. Relativo entre el error absoluto de medición y el valor (convencionalmente) verdadero de la magnitud medida. 1.11.3 Error aleatorio. Componente de error de medición, que durante un número de mediciones del mismo mensurado varía de manera impredecible. 1.11.4 Error sistemático. Componente del error de medición, que durante un número de mediciones del mismo mensurado, permanece constante o varia en forma predecible. 1.11.5 Corrección. Valor que agregado algebraicamente al resultado bruto de medición, compensa un error sistemático supuesto. Nota: 1.- La corrección es igual al error sistemático supuesto cambiando de signo. 2.- Ya que el erros sistemático no puede conocerse con exactitud, la corrección esta sujeta a una incertidumbre. Página 22 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.11.6 Factor de corrección Factor numérico por el cual se multiplica el resultado bruto de una medición para compensar un error sistemático supuesto. Nota: Ya que el error sistemático no puede conocerse con exactitud, el factor de corrección esta sujeto a una incertidumbre. 1.11. 7 Instrumento de medición. Para estos fines los instrumentos de medición son los medios técnicos con los cuales se efectúan las mediciones y comprenden: a) Aparatos de medición. b) Medidas materializadas. 1.11.8 Medida materializada. Dispositivo destinado a reproducir o proporcionar, de una manera permanente durante su uso, uno o más valores conocidos de una magnitud dada. 1.11.9 Sistema de medición. Conjunto completo de instrumentos de medición y otros dispositivos ensamblados para realizar una labor de medición especifica. Página 23 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.12 APARATO DE MEDICION 1.12.1 Aparato de medición indicador. Aparato o dispositivo que muestra un valor de un magnitud medida o de un valor que le esté relacionado. a) Volt metro analógico. b) Volt metro digital. 1.12.2 Aparato de medición digital. Aparato de medición que proporciona una señal de salida en forma numérica o lineal. Nota: Este término se aplica a la forma de representación de la señal de salida o indicación, no al principio de operación del instrumento. 1.12.3 Dispositivo indicador. Para un aparato de medición, es el conjunto de componentes que indica el valor de una magnitud medida o de un valor que le esté relacionado. Notas. a) El término puede incluir el dispositivo indicador o de ajuste de una medida materializada, por ejemplo, un generador de señales. b) Una forma de representar de las indicaciones puede ser por medio de un indicador numérico en el cual, la última cifra significativa se desplaza continuamente permitiendo la interpolación, o por medio de un indicador numérico completamente por una escala y un índice, lo cual es denominado indicación semi- digital. Página 24 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.12.4 Dispositivo registrador. Para un aparato registrador, es el conjunto de componentes que registra el valor de una magnitud medida o de un valor que le esté relacionado. 1.12.5 Sensor. Elemento de un aparato de medición o de una cadena de medición, la cual está directamente aplicada la magnitud a medir. Ejemplos: a) Termopar de un termómetro eléctrico. b) Rotor de un medidor de flujo, tipo turbina. c) Tubo Bourdon de un manómetro. d) Flotador de un aparato de medición de nivel. 1.12.6 Amplitud de escala. Para una escala dada, es la gama de valores comprendida entre los trazos extremos de la escala. Nota: La amplitud de la escala esta expresada en las unidades marcadas sobre la escala, cualquiera que sean las unidades de la magnitud a medir y esta normalmente especificada por sus límites inferiores y superior, por ejemplo, 100° C a 200°. Página 25 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.12.7 División de escala. Parte de una escala comprendida entre dos trazos sucesivos cualquiera. 1.12.8 Escala lineal. Escala de la cual la longitud y el valor de cada división están relacionados por un coeficiente de proporcionalidad constante a lo largo de la escala. Nota: Una escala lineal donde los valores de la división son constantes, es denominada “escala regular”. 1.12.9 Ajuste. Operación destinada a llevar un aparato de medición a un funcionamiento y exactitud conveniente para la utilización. 1.12.10 Características de los instrumentos de medición. La mayoría de los términos para describir las características de un aparato de medición, son aplicables igualmente a un dispositivo transductor ó sistema de medición, y pueden ser aplicados, por analogía, a una medida materializada. Por estas razones, en esta parte, el termino “instrumento de medición” entrecomillado. Página 26 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.12.11 Alcance de medición. Para cada amplitud de escala, es el conjunto de valores de la magnitud medida para los cuales un “instrumento de medición” presenta los valores dentro de esa amplitud de escala, para una posición particular de sus controles. Nota: El alcance es expresado en unidades de la magnitud a medir, cualquiera que sea la unidad marcada sobre la escala y esta normalmente especificado por sus límites inferior y superior, por ejemplo 50° C a 280°C. Cuando el límite inferior es cero, el alcance es habitualmente especificado solo por el límite superior, por ejemplo alcance de 0 V a 120 V es llamado alcance a 120 V. 1.12.12 Intervalo de medición. Modulo de la diferencia entre los dos límites del alcance de un “instrumento de medición”. Valor nominal: valor utilizado para designar una característica de un dispositivo o para servir de guía durante su utilización prevista. Nota: El valor nominal puede ser un valor redondeado de las características concernientes y con frecuencia un valor aproximado de la magnitud realizada por un patrón. Ejemplos: a) El valor marcado sobre una resistencia patrón. b) El valor de 1 mol/L designado por una solución acida de concentración en cantidad de materia de iones H+ de 0.998 mol/L. Página 27 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.13 PATRONES 1.13.1 Patrón. Medida materializada, aparato de medición o sistema de mediciones destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o uno o varios valores conocidos de una magnitud para transmitirlo por comparación a otros instrumentos de medición. Ejemplos: a) Patrón de masas de 1 Kg. b) Bloque patrón. c) Resistencia patrón de 100 Ω. d) Pila patrón saturada Weston. e) Amperímetro patrón. f) Patrón atómico de frecuencia de Cesio. 1.13.2 Patrón primario. Patrón que representa la más alta calidad metrológica dentro de un campo especifico. Nota: El concepto de patrón primario es válido, lo mismo para las unidades de base que para las unidades derivadas. 1.13.3 Patrón secundario. Patrón cuyo valor es fijado por comparación con un patrón primario. Página 28 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.13.4 Patrón internacional. Patrón reconocido por acuerdo internacional para servir de base internacional en la fijación de los valores de todos los otros patrones de la magnitud concerniente. 1.13.5 Patrón nacional. Patrón reconocido por decisión oficial nacional para servir de base dentro de un país en la fijación de los valores de todos los otros patrones de la magnitud concerniente. Nota: El patrón nacional de un país es frecuentemente un patrón primario. 1.13.6 Patrón de referencia. Patrón en general de la más alta calidad metrológica disponible en un lugar determinado, del cual derivan las mediciones efectuadas en ese lugar. 1.13.7 Patrón de trasferencia. Patrón utilizado como intermediario para comparar entre los patrones, las medidas materializadas a los aparatos de medición. Nota: Cuando el dispositivo de comparación no es estrictamente un patrón el termino dispositivo de transferencia deberá ser utilizado. Ejemplo: Calibre ajustado utilizado para la inter comparación de patrones de extremos. Página 29 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.13.8 Patrón viajero. Patrón algunas veces de construcción especial, previsto para su transporte a los diferentes lugares. Ejemplo: Patrón atómico de frecuencia de Cesio portátil funcionando con baterías. 1.13.9 Trazabilidad. Propiedad de un resultado de medición en poder relacionarlo con los patrones apropiados, generalmente internacionales o nacionales por medio de una cadena interrumpida de comparaciones. Nota: La manera como se efectué la conexión de los patrones es llamada “enlace de patrones”. Página 30 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 1.14 CALIBRACIÓN. 1.14.1 Calibración. Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones especificas, la relación entre los valores indicados por un aparato o sistema de medición, o los valores presentados por una medida materializada y los valores conocidos correspondientes de una magnitud medida. Nota: 1. El resultado de una calibración permite estimar los errores de indicación del aparato de medición del sistema de medición o de la medida materializada, o de asignar valores a los trazos sobre escalas arbitrarias. 2. Una calibración puede también determinar otras propiedades metrológicas. 3. El resultado de una calibración puedes ser consignado en un documento algunas veces llamado “Certificado de calibración” o “reporte de calibración”. 4. El resultado de una calibración es algunas veces expresado en forma de un “factor de calibración” o de una serie de factores en forma de una “curva de calibración”. 1.15 CAMPO DE ACTUACIÓN En el mundo industrializado son números los aspectos de la vida que dependen de las medidas. La complejidad creciente de las técnicas modernas va acompañada de continuas demandas de más exactitud, mayor rango y mayor diversidad de patrones en los dominios más variados. El desarrollo y mejora de esos patrones es de importancia, tanto a nivel internacional, para la ciencia, comercio y la industria. Página 31 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA CAPITULO II DESCRIPCIÓN DEL METODO DE CALIBRACIÓN POR SIMULACIÓN DE CORRIENTE ALTERNA 2.1 AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE CALIBRACIÓN. Todas las acciones en el proceso de calibración pueden ser automatizadas para mejorar el desarrollo del proceso de calibración, la calidad de las calibraciones, la exactitud y la integridad de la documentación relativa. El grado con el que el proceso de calibración es automatizado depende de la carga de trabajo, necesidad de calidad y los compromisos de auditoría. La automatización se ha implementado recientemente por organizaciones con grandes recursos. Las mejoras en la tecnología de la automatización como son las ponentes computadoras personales así como los programas de aplicación específica de gran capacidad, han permitido a muchas compañías automatizar sus procesos de calibración. Es importante aclarar que la calibración automatizada influye programas o equipos que piensen por si solos. El administrador del laboratorio de calibración y el personal técnico deben analizar que actividades realizar, como mejorar su trabajo y donde es apropiada la automatización. Deben proveer sus necesidades futuras en función de como crezca la carga de trabajo conforme pasa el tiempo. Página 32 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.2 PROCESO DE CALIBRACIÓN. De acuerdo con la Norma Oficial Mexicana emitida por la SECOFI en 1994 y administrada por el Instituto Mexicano de Normalización y Certificación, denominada en su versión vigente como NMX-Z-055-IMNC-2009, se define la calibración como “el conjunto de operaciones especificas que establecen, bajo condiciones controladas, la relación entre los valores indicados por un aparato o sistema de medición, o los valores presentados por una medida materializada y los valores conocidos, correspondientes de una magnitud medida”. En otras palabras, la calibración es la acción de comparar un equipo o sistema de medición contra un patrón de mayor exactitud, donde un patrón es la medida materializada, aparato de medición o sistema de medición destinado a definir, realizar, conservar o producir una unidad o uno o varios valores conocidos en una magnitud para “transmitirlos por comparación” a otro instrumento de medición. La calibración es una operación destinada a comprobar que un equipo o sistema de medición esta midiendo dentro de los límites de exactitud permitidos para un proceso en particular, otorgándole un informe que respalda la validez de las mediciones realizadas en el área de trabajo con dicho instrumento. La automatización exitosa del proceso de calibración requiere la comprensión de acciones necesarias dentro del proceso y su relación con la norma ISO-9001-2000. Página 33 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.3 DESARROLLO DEL PROCEDIMIENTO. 2.3.1 Análisis de las especificaciones del instrumento. Los datos que se presenta en la carta de especificaciones de un multímetro digital son: 2.3.1.1 Condiciones ambientales. Hace referencia a las condiciones de temperatura y humedad relativa que especifica el fabricante para garantizar que el instrumento conservará la exactitud de las mediciones. Esto se toma en cuenta para realizar la calibración en condiciones ambientales adecuadas. 2.3.1.2 Intervalos de operación. Es el intervalo de valores de una variable eléctrica que pueden ser detectados y presentados en la pantalla por el instrumento, manteniendo la exactitud declarada en las especificaciones del fabricante conservando así la integridad física tanto del instrumento como del operador. 2.3.1.3 Conexiones del instrumento. Especifica, dependiendo la variable a medir, la conexión de las terminales de prueba del instrumento, de los accesorios con los que cuenta y dependiendo de la magnitud a medir, puede especificar el modelo de cables o accesorios que provee el mismo fabricante, recomendados para condiciones críticas de desempeño. Se utiliza para elaborar los diagramas de conexión que se requieren para realizar la calibración del instrumento. Página 34 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.4 EVALUACIONES EN UN PROCESO DE CALIBRACIÓN. Una vez que contamos con las especificaciones del instrumento se establece las condiciones de la prueba en cuanto a la estabilidad, seguridad y operación. Después se plantea la evaluación para cada función estableciendo sus límites de tolerancia de exactitud, conexiones para cada prueba y la evaluación correspondiente. 2.4.1 Condiciones ambientales. Se debe contar con un termómetro y un higrómetro en las instalaciones del laboratorio donde se realizar las calibraciones, lo que permite evaluar las condiciones ambientales como son temperatura y humedad relativa. En caso de ser posible, se debe contar con los recursos necesarios (sistema de aire acondicionado, deshumidificador, techo de plafón aislante térmico, puertas, ventanas y divisiones con doble cristal con separación para evitar el intercambio de calor, etc.) para controlar dichas condiciones a fin de poder realizar las labores de calibración sin estar limitados por las condiciones ambientales naturales. 2.4.2 Normas de seguridad. Se debe hacer la recomendación de tener la debida precaución al momento de realizar una calibración, ya que en algunas de las pruebas se desarrolla utilizando alta tensión, por lo que existe riesgo de un accidente o incluso de perder la vida si no se observa las medidas de seguridad adecuadas, como son: utilizar ropa de trabajo fabricada en algodón y botas dieléctricas, utilizar cables de prueba apropiados en cuanto a calibre y aislamiento del forro, no tocar las conexiones en el momento de calibración a menos que el procedimiento indique un cambio de conexión, etc. Página 35 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.4.3 Encendido del instrumento. Como primer requisito para calibrar un multímetro, este debe operar correctamente, lo cual implica revisar la batería o baterías con que opere, revisar fusibles y revisar que el equipo encienda correctamente; que el interruptor o selector de rangos de operación funcione correctamente y que no estén seleccionadas funciones especiales de algunos multímetro como son: retener la lectura en el display y aún retirando la conexión de prueba (HOLD), realizar lecturas de valor pico de algunas variables eléctricas(PEAK), etc. 2.4.4 Conexiones para las pruebas. En base a la operación del instrumento para la medición de las diferentes variables eléctricas que manejan y a las funciones de las terminales del multiplicador, se especifican las conexiones que se requieren para las diferentes pruebas que se van a realizar para la calibración de cada instrumento en particular, así como los accesorios que se requieran para alguna prueba en especial como pueden ser bobinas de corriente para la calibración de multímetros con amperímetro tipo gancho. 2.4.5 Comparaciones. Una vez que se comprueba que el equipo funciona normalmente, se procede a evaluar cada uno de los rangos para determinar cual va a ser el valor nominal de comparación, el intervalo en el que puede encontrar la medición del equipo y cuales son los parámetros de la variable eléctrica involucrada (forma de onda, frecuencia, resistencia, etc.). Página 36 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.5 UMBRAL DE AJUSTE. Umbral de ajuste se refiere al margen de referencia entre el valor nominal y el valor indicado en la pantalla del instrumento para poder evaluar si el multímetro se encuentra en operación normal o al margen de tolerancia como muestra la figura 2.1. Se especifica al 70% de la exactitud de la operación normal, quedando al 30% como operación al margen de operación, siendo este una condición critica en el desempeño del instrumentó ya que al quedar cerca del limite de la exactitud indicada, en cualquier momento debe cambiar su condición de calibrado a no calibrado por lo que se debe vigilar el desempeño de este instrumento hasta cumplir el periodo de vigencia de calibración. Margen de tolerancia de error según la especificación de exactitud para cada rango de operación 15% 70% 15% Valor nominal Rango de operación normal Rango de operación marginal Rango de operación fuera de tolerancia Figura 2.1 Interpretación gráfica del concepto de umbral de ajuste. Página 37 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.6 DESCRIPCION DEL INSTRUMENTO. Figura 2.2 FLUKE 336 Medidas de CA / CD amperios, CA/ CD voltios ohmios, y el motor corriente de arranque. Gran pantalla retroiluminada es fácil de ver en condiciones menos que ideales. Cuerpo pequeño y las mandíbulas encajan perfectamente en la mano y en lugares estrechos. Mano "de sostén" botón mantiene medidas en la pantalla. Medidor de controles se colocan para medidas de corriente se puede hacer con una mano (dedo índice sobre la palanca de apertura de las abrazaderas y el pulgar en el interruptor rotatorio). Desconexión automática maximiza la duración de la batería por lo que el metro funciona cuando usted lo necesita. Mejora de la precisión de medición de corriente de baja tecnología de microprocesador nuevo. ESPECIFICACIONES Diámetro del conductor 30.5mm Temperatura de funcionamiento (-10 – 50 °C) Temperatura de almacenamiento (-40 a 60°C) Dimensiones 240X80X44mm Tabla 2.1 Especificaciones del multímetro FLUKE 336. Página 38 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.7 METODO DE CALIBRACIÓN. El método de calibración comprende la preparación y comparación del instrumento contra el circuito de referencia. Aquí se presenta la descripción de la instrucción y su codificación en el editor 5500-CAL. 2.7.1 Preparación del instrumento y del circuito de referencia. Según especifique el fabricante, se debe preparar el instrumento y el circuito de referencia con los accesorios y las operaciones necesarias para que se encuentren en condiciones de operación dentro de la exactitud especificada. 2.7.2 Encendido del instrumento. No se especifica tiempo de encendido por la parte del fabricante, por lo que se puede encender al momento de realizar la calibración. 2.7.3 Precaución. Para cumplir con lo establecido con la IS0-9001-2001 requisito 7.6 en lo referente a la seguridad se advierte al usuario que se va a trabajar con niveles de tensión que presentan un riesgo a la integridad física del operador por lo que debe observar las normas de seguridad implementadas en el centro de trabajo. 2.7.4 Funcionamiento del instrumento. Para proceder a la comparación del instrumento contra el circuito de referencia, se inspecciona el equipo tomado en cuenta: Página 39 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA - Fusibles: los fusibles deben estar en buen estado y deben ser de la capacidad de corriente que indica el fabricante de instrumento. (0,5 -2)A. Se remplazarán si es necesario. - Batería: las baterías deben estar en buen estado y deben ser del tipo que indica el fabricante del instrumento. (4 batería tipo “2A” de 1.5 V). Se remplazan si es necesario. - Encendido: el equipo debe encender correctamente y mostrar las pantallas que se muestran en la figura 2.3, registrando el resultado de esta evaluación para presentarlo en el reporte de calibración. Figura 2.3 Prueba de segmentos de la pantalla al encender el multímetro. Página 40 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.7.5 Comparación del instrumento contra el circuito de referencia. - Calibración de corriente alterna: rango de entrada de 500A se debe conectar al circuito de referencia el instrumento y la bobina de calibración de corriente como se muestra en la figura 2.4 y se realizan las pruebas de corriente seleccionando los siguientes parámetros en el multiplicador. Figura 2.4 Conexión para la calibración. - 0.05 A, 60 Hz. 0.05 A, 60 Hz. Lo que genera 2.5 amperes en la bobina de corriente. Se registra la lectura de corriente en el instrumento. - 0.45 A, 60 Hz. Lo que genera 22.5 amperes en la bobina de corriente. Se registra la lectura de corriente en el instrumento. - 1.8 A, 60 Hz. Lo que genera 90 amperes en la bobina de corriente. Se registra la lectura de corriente en el instrumento. - 10.0 A, 60 Hz. Lo que genera 500 amperes en la bobina de corriente. Se registra la lectura de corriente en el instrumento. Página 41 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA CAPÍTULO III DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN. 3.1 CONCEPTOS BÁSICOS. 3.1.1 Multímetro digital de gancho. Es un instrumento que usa tecnología y pantalla digital para mostrar el valor de la señal medida. Entre sus características se encuentran: mayor duración, resolución y mucha más exactitud que los medidores analógicos. 3.1.2 Exactitud. La exactitud es el error mayor permitido que puede ocurrir dentro de las condiciones de funcionamiento especificadas. En otras palabras, es una indicación de la posible desviación entre la medida mostrada en pantalla por el multímetro digital y el verdadero valor de la señal medida. Para un multímetro digital, la exactitud se expresa normalmente en un porcentaje de la lectura. 3.1.3 La ley de Ohm. La tensión, intensidad y resistencia en cualquier circuito eléctrico se pueden calcular mediante la ley de Ohm, que mediante la ley de Ohm, que afirma que: Para medir y mostrar en pantalla ohmios, amperios o voltios un multímetro digital hace uso del principio de la ley de Ohm. Página 42 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.1.4 Representación digital. Para conseguir una elevada exactitud y resolución, la pantalla digital es la mejor mostrando tres o más dígitos para cada medida. Además, una barra gráfica digital muestra los cambios y tendencias de la señal igual que lo haría la aguja analógica, pero es más duradera y difícil de dañarse. 3.2 TENSIÓN E INTENSIDAD DE CA. 3.2.1 Medidas de tensión. Una de las tareas básicas de un multímetro digital es la medida de tensión. La tensión alterna se crea normalmente con un generador. Las bases de enchufe de la pared de la casa son puntos de tensión alterna. Las formas de onda asociadas con las tensiones alternas pueden ser senoidales (onda con forma de senoide) o no senoidales (en diente de sierra, cuadradas, rizado, etc.). La capacidad para la medida de tensiones alternas de un multímetro digital puede estar limitada por la frecuencia de la señal. La mayoría de los multímetros digitales miden tensiones CA con frecuencias de 50 Hz a 500 Hz. Las especificaciones de exactitud de los multímetros digitales para tensiones e intensidades alternas deben incluir el margen de frecuencia de la señal que se puede medir con exactitud. Página 43 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.2.2 Intensidad de CA. 3.2.2.1 Medidas de intensidad. Las medidas de corriente tomadas con un multímetro precisan que el multímetro se coloque en serie con el circuito que se va a medir. Es decir, es necesario abrir el circuito y utilizar los cables de prueba del multímetro digital para completar el circuito. De esta manera, la corriente del circuito fluye a través de los circuitos internos del multímetro. Se pueden emplear un método de medida de corriente indirecto utilizando una sonda de corriente. La sonda se fija alrededor de la parte exterior del conductor, evitando de esta manera la apertura del circuito y la conexión del multímetro digital en serie. 3.2.2.2 Como se realiza las medidas de corriente con sonda. 1.- Sin desconectar la alimentación del circuito. 2.- Se coloca la sonda de corriente (gancho) alrededor del conductor para detectar la intensidad de corriente a través del campo magnético (CA) generado alrededor del conductor. 3.- Seleccionar intensidad CA (A ~). 4.- De ser necesario, seleccionar la escala de medición adecuada a la intensidad a medir. En caso de desconocer el valor aproximado de la intensidad a medir se debe comenzar con la escala más alta para proteger el multímetro. Página 44 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.2.2. 3 Transformadores de medida. Cuando se requiere realizar medidas de tensión, intensidad, potencia, etc., en circuitos y líneas de alta tensión y medidas de intensidades en baja tensión, se utilizan transformadores de medida para conectar los aparatos de medida a los circuitos a medir. 3.2.2.4 Principio del funcionamiento del transformador. Un transformador se compone de dos arrollamientos aislados eléctricamente entre si y devanados sobre un mismo núcleo de hierro. Figura 3.1 Principio del funcionamiento del transformador. Cuando una corriente alterna que circule por uno de los arrollamientos crea en el núcleo un campo magnético alterno, la mayor parte de este flujo atraviesa el otro arrollamiento e induce en el una fuerza electromotriz alterna. La potencia es trasmitida así de un arrollamiento a otro por medio del flujo magnético del núcleo. El arrollamiento al que se suministra potencia se denomina primario y el que entrega potencia es el secundario. El proceso por el cual el transformador es capaz de absorber la potencia necesaria es cuando el circuito secundario, el flujo del núcleo solo es producido por el primario, pero cuando se cierra el secundario, tanto la corriente del primario como la del secundario crean flujo en el núcleo. Según la ley de Lenz, la corriente del secundario tiende a debilitar el flujo del núcleo y, por consiguiente, al disminuir la fuerza contra-electromotriz en el primario. Página 45 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Para poder contar con un sistema de calibración por simulación de corriente se requiere disponer de los siguientes elementos con funciones especificas: Una bobina para simular corriente, en valores de referencia acordes a la utilización del multímetro. Un circuito de referencia que permita la regulación del nivel de corriente y el ajuste para operar a diferentes valores dentro de un intervalo establecido. Un circuito de monitoreo que nos permita medir el valor de corriente presente al momento de la prueba y poder así predecir la lectura esperada en el multímetro de calibración. Un sistema de comunicación para obtención de datos resultantes de las pruebas para ser enviados a una computadora. Un programa que nos permita desplegar los valores instantáneos de prueba y realizar el ajuste del sistema en general para poder tener trazabilidad hacia un patrón de referencia. A continuación se describe de qué forma se resolvió cada punto antes mencionado para la realización del prototipo. Página 46 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.3. Construcción de la bobina toroidal. Para la construcción de la bobina tomamos un tubo de PVC con un diámetro externo de 4 in (10.5 cm) En el cual fuimos enrollando el alambre magneto calibre 10 AWG hasta llegar a 21 vueltas. Al finalizar este proceso el tubo fue retirado. Figura 3.2 Construcción de la bobina Basándonos en especificación del fabricante de los multímetros FLUKE. 3. 3 Estructura de la bobina toroidal. Página 47 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA La bobina se monto en una caja de madera y al interior se realizaron las conexiones para dejar bornes de conexión de fácil acceso y con la seguridad de evitar falsos contactos o algún daño mayor. Figura 3.4 Montaje de la bobina. Dicha bobina se ocupará para la simulación de intensidad de corriente. Figura 3.5 Bobina. Obtenida desde una corriente de entrada. Generando la siguiente formula: Donde: . Sustituyendo la ecuación 1.0 Página 48 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.4 CIRCUITO DE REFERENCIA. Los materiales a utilizar fueron los siguientes: 1. 5 resistencias de 1Ω, 60W y una tolerancia del 20%. 2. Autotransformador variable. 3. Transformador Reductor de 127 V a 12 V. 4. Cable de dos hilos con calibre 16 AWG. 5. Conexión de alimentación protegida con un fusible. 6. Multímetro digital de gancho (marca FLUKE modelo 336 como objeto de calibración). 7. Alambre magneto de calibre 10 AWG. Página 49 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA La construcción del circuito de referencia se elaboro siguiendo el diagrama de conexiones (ver figura 3.6): Fuente de alimentación Bobina Autotransformador Figura 3.6 Diagrama del circuito de referencia. Dichas conexiones fueron elaboradas con los elementos físicos, por lo cual se realizaron los siguientes pasos: 1.- Se conectaron las 5 Resistencias en serie: Figura 3.7 Conexión de las 5 resistencias en serie. Página 50 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2.- Posteriormente se montaron en una base de madera: Figura 3.8 Montaje de las resistencias. 3.- Se coloco el autotransformador en un recipiente de aluminio: Figura 3.9 Colocación del autotransformador. 4.- Llevando acabo las conexiones necesarias: Figura 3.10 Conexiones del autotransformador. Página 51 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 5.- Se realizo el montaje del transformador reductor: Figura 3.11 Instalación el transformador reductor. Obteniendo finalmente: Figura 3.12 Circuito de referencia A continuación se describen los componentes anteriormente mencionados. Página 52 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.4.1 Resistencias de 1 Ω. Se conectan las 5 resistencias en serie de 1 Ω para poder limitar el paso de la corriente cumpliendo que, la tensión total aplicada es igual a la suma de todas las tensiones parciales y también se cumple que, potencia total disipada en el circuito es igual a la suma de las potencias disipadas en cada resistencia. Figura 3.13 Enlace de resistencias. Esto nos permite tomar a partir del arreglo de resistencias la señal de tensión que va a ser tomada como valor de referencia en la medición indirecta de corriente (corriente a partir de tensión aplicando la ley de Ohm). 3.4.1.1 Divisor de tensión. Se fundamenta en la posibilidad de obtener una tensión reducida a partir de otra, mediante la conexión de las resistencias en serie. Nota: El suministro de tensión a nuestro circuito es protegido con un fusible de (1.5 A - 250 V) CA. Figura 3.14 Detalle de la unión entre resistencias. Página 53 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.4.2 Autotransformador Variable. Este divide la intensidad de corriente puesto que, varía la tensión en la entrada del transformador. Se utilizan para proporcionar una fuente de tensión ajustable de la corriente alterna. Por lo general están conectadas a una toma corriente de pared y tener una salida controlada por mando que puede ir de 0 V – 132 VCA, en función de la bobina que está conectado. Su funcionamiento esta basado en el hecho de que al tener un devanado al cual le aplicamos una tensión en los extremos, la tensión total es dividida entre cada espira por lo que se cuenta con un punto de conexión en cada espira lo que permite seleccionar valores de tensión entre 0 V, y el valor máximo de tensión aplicada. Figura 3.15 Diagrama del autotransformador variable. El autotransformador opera como un divisor de tensión, por lo que la tensión de entrada se divide en forma proporcional entre cada espira del mismo. Página 54 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Por lo cual se tiene una toma secundaria que puede conectarse a cualquier espira dando como resultado una tensión de salida proporcional al número de espiras seleccionadas en el secundario con relación al total de espiras del autotransformador. Figura 3.16 Autotransformador variable. 3.4.3 Transformador Reductor. El transformador reductor de tensión se utiliza para que el circuito de referencia trabaje a 12V, para no tener riesgo de alguna descarga eléctrica al manipular el circuito. Figura 3.17 Diagrama del transformador reductor. Página 55 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Se denomina una relación de transformación a la relación entra la tensión primaria U1 y la tensión secundaria U2. Esta relación es proporcional a la relación entre el número de espiras del primario N1 y el número de espiras del secundario N2. K = U1 / U2 = N1/N2 Utilizando un transformador [1.1] reductor modelo TR12-3A Entrada: 127 V ~ 60Hz. Salida: 12 V ~ 3A. Figura 3.18 Transformador reductor. Página 56 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.5 CIRCUITO DE MONITOREO. 1.- Convertidor analógico digital ADC 0804. 2.- Interface MAX 232N. 3.- Micro controlador PIC 16F84A. 4.- Resistencias de 10KΩ 5.- Capacitores cerámicos de 15pF,220F,22pF,100nF. 6.- Capacitores electrolíticos 1 F y 10 F. 7.- Puente rectificador de diodos. 8.- Cristal oscilador de cuarzo a 4 MHz. 9.- Leds. 10.- Alambre de calibre 18 AWG. Página 57 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Figura 3.19 Diagrama del circuito de monitoreo. Página 58 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA El circuito de monitoreo consta de 4 bloques que son: Convertidor analógico-digital. Se encarga de tomar una muestra de tensión del circuito de referencia para convertirla en un dato digital (código binario). Convertidor analógico-digital. Se encarga de tomar una muestra de tensión del circuito de referencia para convertirla en un dato digital (código binario). Figura 3.20 Conexión de los pines del ADC Micro controlador programable (PIC). Se encarga de leer el dato binario a la salida del convertidor analógico-digital y convertirlo en un mensaje de protocolo RS-232, para ser enviado por puerto serial hacia la computadora a través de un driver receptor de alta velocidad (MAX 232). Figura 3.21 Conexión del PIC Página 59 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Cadena de leds. Se encarga de mostrar visualmente el código presente a la salida del convertidor analógico-digital, para monitorear el envío de la información al PIC. Driver receptor de alta velocidad (MAX 232). Se encarga de recibir el mensaje del PIC en niveles TTL y convertirlos a niveles de +12V y -12V para ser enviados al puerto RS-232 de la PC. Figura 3.22 Cadena de leds y conexión del MAX 232 La construcción del circuito de monitoreo se elaboro siguiendo el diagrama de conexiones (figura 3.19) Figura 3.23 Conexiones del circuito de monitoreo. A continuación se describe con más detalle los bloques antes mencionados. Página 60 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.5.1 Puente de diodos. El puente del diodo o puente rectificador es un arreglo de cuatro diodos conectados en circuito de puente, eso proporciona la misma polaridad del voltaje de la salida para cualquier polaridad del voltaje de entrada. Lo cual realiza la conversión de corriente alterna (C.A) en corriente directa (C.D) El puente rectificador proporciona rectificación de onda completa para una entrada de dos hilos de la C.A. Figura 3.24 Puente rectificador. En este circuito el transformador es alimentado por una tensión en corriente alterna. Los diodos D1 y D3 son polarizados en directo en el semiciclo positivo, los diodos D2 y D4 son polarizados en sentido inverso. Ver que la corriente atraviesa la resistencia de carga RL. Figura 3.25 Circulación de corriente semi-ciclo negativo. Página 61 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA La salida tiene la forma de una onda rectificada completa. Esta salida es pulsante y para "aplanarla" se pone un condensador (capacitor) en paralelo con la carga. Figura 3.26 Onda de salida. Este capacitor se carga a la tensión máxima y se descargará por RL mientras que la tensión de salida del secundario del transformador disminuye a cero ("0") voltios, y el ciclo se repite. Figura 3.27 Filtro R-C. Página 62 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.5.2 Convertidor analógico digital. Este convertidor procesa la señal analógica dividiéndola en bandas de valores y asignando un código, generalmente binario, a cada banda de señal; consecuentemente cuantifica y codifica la señal analógica. Disponen de 8 bits de salida, lo que facilita su conexión a un microprocesador, dado que pueden conectarse varios en un bus, y elegir solo uno de ellos a la vez por medio de un "1" en uno de sus pines. El que sea un conversor A/D de 8 bits en la práctica se traduce en que el valor medido (una tensión de entre 0 y 5voltios) será un número binario entre 00000000 y 11111111 (en decimal, un número entre 0 y 255). Podemos calcular la "resolución" del conversor haciendo el cociente. Es decir que podremos discernir variaciones de unas dos décimas de volt usando este chip. Para la medida de intensidades se reduce a la medida de la caída de tensión que se produce en una resistencia en derivación, cuyo valor cambia de una escala a otra, de manera que cada escala el valor máximo de la caída de tensión no supere el máximo aceptado por el convertidor A-D. El modelo utilizado es ADC0804 el cual captura la señal analógica de 0 a 5 volts consta de 20 pines iniciando su numeración en la parte superior de izquierda del 1 al 20. Siguiendo el esquema eléctrico de un convertidor analógico – digital básico, como se muestra en la figura 3.18: Figura 3.28 Circuito convertidor analógico-digital. Página 63 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Dicho circuito se alimenta a + 5 V y convierte señales analogicas en el intervalo entre 0 y 5 V. como nucleo se utiliza el circuito integrado ADC0804, un conversor analógico- digital 8 bits.Por defecto el intervalo de entrada esta entre 0 y +5 V, pero, usando una referencia externa y/o elevando la señal tensión de entrada respecto a tierra, se puede conseguir un amplio intervalo de niveles de entrada. Trabaja con un frecuencia máxima de 8 kHz. Para nuestro diseño se realizaron las siguientes conexiones, y se utilizan los pines que a continuación se describe: Pines El pin 1 CS El pin 2 RD El pin 3 Los pines 4 y 19 El pin 5 El pin 6 El pin 7 El pin 8 Descripción Es conectado a tierra (GND) para habilitar permanentemente el convertidor analógico digital Es el que permite la lectura de la señal analógica. Habilita la salida del bus de datos binario. Reciben la señal de la base de tiempo formada por el capacitor C1 y la resistencia R1. Es habilitado por el convertidor analógico digital cada vez que termina una conversión. Se conecta al nivel alto de la señal analógica de entrada. Se conecta al nivel bajo de la señal analógica de entrada. Se conecta a tierra del convertidor analógico digital Se utiliza para proporcionar una tensión de referencia El pin 9 El pin 10 para mediciones diferenciales. Es la referencia de tierra de la señal digital. Página 64 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Los pines 11 al 18 El pin 20 Forman el bus paralelo de datos binarios. Tiene la señal de alimentación del convertidor analógico digital. Tabla 3.1 Pines del ADC Nota: Antes de conectar el circuito de referencia se realizo una prueba donde la señal analogica a convertir proviene del potenciometro (utilizado como variador de tensión). 3.5.3 PIC. Es un micro controlador con memoria de programa tipo FLASH (se puede programar y borrar eléctricamente) lo que facilita el desarrollo de programas y la experimentación. 3.5.3.1 Pines y funciones. Figura 3.29 Terminales del PIC. Los puertos son el puente entre el micro controlador y el mundo exterior. Son líneas digitales que trabajan entre cero y cinco voltios y se pueden configurar como entradas o como salidas. Página 65 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA El PIC 16F84 tiene dos puertos. El puerto A con 5 líneas y el puerto B con 8 líneas. Cada pin se puede configurar como entrada o como salida independiente programado por un par de registros diseñados para tal fin. En ese registro un "0" configura el pin del puerto correspondiente como salida y un "1" lo configura como entrada. PUERTO A RA0 Pin de Entrada/Salida (TTL). RA1 Pin de Entrada/Salida (TTL). RA2 Pin de Entrada/Salida (TTL). RA3 Pin de Entrada/Salida (TTL). Pin de Entrada/Salida o entrada de Reloj Externo para el TMR0, cuando este pin se configura como salida RA4/TOCKI es de tipo Open Drain (ST), cuando funciona como salida se debe conectar a Vcc (+5V) a través de una resistencia. Tabla 3.2 Puerto A del PIC. Pin de Entrada/Salida o entrada de Reloj Externo para el TMR0, cuando este pin se configura como salida es de tipo Open Drain (ST), cuando funciona como salida se debe conectar a Vcc (+5V) a través de una resistencia. Página 66 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA PUERTO B RB0/INT Pin de Entrada/Salida o entrada de interrupción externa. (TTL/ST). Pin de Entrada/Salida (TTL). RB1 RB2 Pin de Entrada/Salida (TTL). RB3 Pin de Entrada/Salida (TTL). RB4 Pin de Entrada/Salida con Interrupción por cambio de Flanco (TTL). RB5 Pin de Entrada/Salida con Interrupción por cambio de Flanco (TTL). RB6 Pin de Entrada/Salida con Interrupción por cambio de Flanco (TTL/ST). RB7 Pin de Entrada/Salida con Interrupción por cambio de Flanco (TTL/ST). Tabla 3.3 Puerto B del PIC. PINES ADICIONALES MCLR Pin de Reset del Microcontrolador (Master Clear). Se activa (el pic se resetea) cuando tiene un "0" lógico en su entrada. Vss Ground o Tierra. VDD Fuente Positiva (+5V). Entrada del Oscilador del Cristal. Se conecta al Cristal o OSC2/CLKOUT Resonador en modo XT (Oscilador de Cristal). En modo RC (Resistencia-Condensador), este pin actúa como salida el cual tiene 1/4 de la frecuencia que entra por el pin OCS1/CLKIN. OSC1/CLKIN Entrada del Oscilador del Cristal / Entrada de reloj de una fuente externa Tabla 3.4 Pines adicionales del PIC. El Puerto B tiene Internamente unas resistencias de pull-up conectadas a sus pines (sirven para fijar el pin a un nivel de cinco voltios), su uso puede ser habilitado o deshabilitado bajo control del programa. Página 67 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Todas las resistencias de pull-up conectan o desconectan a la vez. La resistencia de pull-up es desconectada automáticamente en un pin si este se programa como salida. El pin RB0/INT se puede configurar por software para que funcione como interrupción externa. El pin RA4/TOCKI del puerto A puede ser configurado como un pin de entrada/salida como se mencionaba anteriormente o como entrada del temporizador/contador. Cuando este pin se programa como entrada digital, funciona como un disparador de Schmitt (Schmitt trigger, ST), esto quiere decir que puede reconocer señales un poco distorsionadas y llevarlas a niveles lógicos (cero y cinco voltios). Cuando se usa como salida digital se comporta como colector abierto, por lo tanto se debe poner una resistencia de pull-up (resistencia externa conectada a un nivel lógico de cinco voltios). Como salida, la lógica es inversa: un "0" escrito al pin del puerto entrega en el pin un "1" lógico. Todos los pines deben estar conectado a alguna parte, nunca dejarlos al aire por que se puede dañar el integrado. Los pines que no se estén usando se deben conectar a la fuente de alimentación de +5V con una resistencia menor a 5 KΩ. La máxima capacidad de corriente de cada uno de los pines de los puertos en modo entrada (sink) es de 25 mA y en modo salida (source) es de 20 mA. El consumo de corriente del microcontrolador para su funcionamiento depende del voltaje de operación, la frecuencia y de las cargas que tengan sus pines. Página 68 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.5.4. MAX232. El MAX232 es un circuito integrado que convierte los niveles de las líneas de un puerto serie RS232 a niveles TTL y viceversa. Lo interesante es que sólo necesita una alimentación de 5V. El circuito integrado posee dos conversores de nivel TTL a RS232 y otros dos que, a la inversa, convierten de RS232 a TTL. Estos conversores son suficientes para manejar las cuatro señales más utilizadas del puerto serie del PC, que son TX, RX, RTS y CTS. TX es la señal de transmisión de datos, RX es la de recepción, y RTS y CTS se utilizan para establecer el protocolo para el envío y recepción de los datos. Figura 3.30 Diagrama MAX 232. Nota: Para el circuito de monitoreo se necesita conectar el microcontrolador al PC, por ello se utiliza un circuito adaptador como el MAX232. Página 69 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.6 Visual Basic. Es un lenguaje de programación visual, también llamado lenguaje de cuarta generación. Esto quiere decir que un gran número de tareas se realizan sin escribir código simplemente con operaciones graficas realizadas con el ratón sobre la pantalla. Es también un programa basado en objetos, aunque no orientados a objetos como C++ o Java- la diferencia es que en Visual Basic 6.0 utiliza objetos con propiedades y métodos, pero carece de los mecanismos de herencia y los polimorfismos propios de los verdaderos lenguajes orientados a objetos como Java y C++. 3.6.1 Programas Secuenciales interactivos y orientados a eventos. Los programas orientados a eventos son los programas típicos de Windows tales como Netscape, Word, Excel y Power Point. Cuando uno de estos programas ha arrancado, Lo único que hace es quedarse a la espera a las acciones del usuario que en este caso son llamadas eventos. El usuario dice si quiere abrir y modificar un fichero existente o bien comenzar a crear un fichero desde el principio. Estos programas pasan la mayor parte de su tiempo esperando las acciones del usuario (eventos) y respondiendo a ellas. Las acciones que el usuario puede realizar en un momento determinado son variadísimas y exigen un tipo de especial de programación: la programación orientada a eventos. Este tipo de programación es sensiblemente más complicada que la secuencial y la interactiva, pero Visual Basic 6.0. 3.6.1.1 Programas para los entornos Windows. Visual Basic 6.0 esta orientado a la realización de programas para Windows, pudiendo incorporar todos los elementos de este entorno informático: ventanas, botones, caja de dialogo y de texto, botones de opción y de selección barras de desplazamiento, gráficos, etc. Página 70 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Prácticamente todos los elementos de interacción con el usuarios de los que dispone Windows 95/98/NT pueden se programados en Visual Basic 6.0 de un modo muy sencillo en ocasiones basta unas pocas operaciones con el ratón y la introducción atreves del teclado de algunas sentencias para disponer de aplicaciones con todas las características de Windows 95/98/NT. A continuación mostraremos los comandos utilizados de la programación: Comandos Descripción Se le conoce como declaración de variable que, se va a utilizar en la ejecución del código y se utiliza Dim con el siguiente formato: Dim nombre as string para texto.. Dim nombre as inter númerico. MS Comm1:CommPart Es el número del puerto que se va a utilizar. Determina si hay que activar la línea petición de envío (RTS), normalmente la señal RTS, pide Ms comm1.RTSenable permiso para transmitir datos, se envía desde un equipo al modem conectado. Establece y devuelve el numero de caracteres que RThreshold se van a recibir antes de que el control MSComm asigne a la propiedad. CommEvent El valor commEvent active y genera el evento On comm. Handshaking Establece y devuelve el protocolo de conexión del hardware. Establece y devuelve los parámetros de velocidad Settings en baudios, polaridad, bits de datos y bits de parada. Página 71 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Establece y devuelve el estado del puerto de PartOpen comunicación abierto o cerrado. Esta propiedad no esta disponible en tiempo de diseño. El evento OnComm se genera siempre que cambia el valor de propiedad CommEvent e indica que se OnComm ha producido un evento o un error en la comunicación. Devuelve el evento o el error de comunicación mas reciente. Esta propiedad no esta disponible en CommEvent tiempo de diseño y e de sólo lectura en tiempo de ejecución. Devuelve y quita una cadena de datos del buter de recepción. Esta propiedad no esta disponible en Input tiempo de diseño y es de solo lectura en tiempo de ejecución. Ejecuta IF condicionalmente un grupo de instrucciones, dependiendo del valor de una expresión. Un control TextBox, también denominado control de campo de edición o control de edición, muestra Text Box información introducida en tiempo de diseño, introducida por el usuario es asignada al control en código en tiempo de ejecución. Tabla 3.5 Comandos de Visual Basic. Página 72 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE RESULTADOS. Cuando se informe el resultado de una medición de una magnitud física es obligatorio proporcionar alguna indicación cuantitativa de la calidad del resultado, de manera tal que el usuario pueda apreciar su confiabilidad. Sin esta indicación, los resultados de las mediciones no pueden ser comparados, ni entre ellos mismos ni con respecto a valores de referencia dados en una especificación o norma. Por lo tanto es necesario que exista un procedimiento expedito, fácil de usar y aceptado de manera general para caracterizar la calidad del resultado de una medición, esto es, para evaluar y expresar su incertidumbre. La expresión física de incertidumbre en la medición de una magnitud física bien definida es el mensurando que puede caracterizarse por un valor esencialmente único. Cuando es posible representar el fenómeno de interés únicamente como una distribución de valores dependientes de uno o más parámetros, como el tiempo, entonces, la descripción requiere de un conjunto de los mensurados, de cantidades que describan tal distribución o dependencia. El concepto de incertidumbre como un atributo cuantificable es relativamente nuevo en la historia de las mediciones, a pesar de que los conceptos de error y análisis de error han sido parte de la práctica de la ciencia de la medición por largo tiempo. Actualmente se acepta de manera general que cuando todas las componentes, conocidas o supuestas, del error han sido evaluadas y se han aplicado las correcciones, aun persiste una incertidumbre acerca de la confiabilidad del resultado expresado, esto es, persiste una duda acerca de que tan bien representa el resultado de la medición al valor de la cantidad que esta siendo medida. Página 73 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA El método ideal para evaluar y expresar la incertidumbre deber ser: Universal: el método debe ser aplicable a cualquier tipo de mediciones y a cualquier tipo de datos utilizados en las mediciones. La cantidad utilizada para expresar la incertidumbre debe ser: Internamente consiste: debe poder obtenerse directamente a partir de los componentes que contribuyen a ella; asimismo, debe ser independiente de la forma en que dichas componentes se agrupan y del método en que estas se descomponen en subcomponente. Transferible: debe ser posible utilizar directamente la incertidumbre evaluada para un resultado, como una componente al evaluar la incertidumbre de otra medida en la cual se utiliza el primer resultado. El método ideal para evaluar y expresar la incertidumbre en la medición debe ser capaz de proporcionar, directamente, tal tipo de intervalo, en particular, uno con una probabilidad de cobertura o nivel de confianza que corresponda en forma realista con lo requerido. 4.1 Recomendación INC -1 (1980). Expresión de las incertidumbres experimentales. 1.- La incertidumbre en el resultado de una medición consta, generalmente, de varias componentes que pueden agruparse en dos categorías, dependiendo de la manera en que se estime su valor numérico. A. aquellas que se evalúan por métodos estadísticos. B. aquellas que se evalúan por otros medios. Página 74 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA No siempre existe una correspondencia simple entre las categorías A y B y la clasificación en incertidumbres “aleatorias” y “sistemáticas”, que se usaba anteriormente. El termino “incertidumbre sistemática” puede ser confuso y debe evitarse. 2.- Las compontes en la categoría A se caracterizan mediante las varianzas estimadas Si2 (o las “desviaciones estándar estimadas Si) y el número de grados de libertad σ r. En caso de ser necesario, debe darse el valor de las covarianzas. 4.1.1 Incertidumbre de medición. Parámetro asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían atribuirse razonablemente, al mensurando. 4.1.2 Incertidumbre estándar. Incertidumbre del resultado de una medición expresada como una desviación estándar. 4.1.3 Evaluación de incertidumbre Tipo A. Método para evaluar la incertidumbre mediante el análisis estadístico de una serie de observaciones. La especificación requerida o definida del mensurando esta determinada por la exactitud de la medición requerida. 4.1.4 Evaluación de incertidumbre Tipo B. Método para evaluar la incertidumbre por otro medio que no sea estadístico de una serie de observaciones. Página 75 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 4.1.5 Errores, efectos y correcciones. En general, una medición tiene imperfecciones que dan origen a un error en el resultado de la medición. Tradicionalmente, se considera que un error tiene dos componentes llamadas: componente aleatoria y componente sistemática. Un error aleatorio probable se presenta por variaciones impredecibles o estadísticas temporales y espaciales de las magnitudes de influencia. Los efectos de estas variaciones, llamados en lo sucesivo efectos aleatorios, dan origen a las variaciones en observaciones repetidas del mensurando. Sin embargo no es posible una compensación para el error aleatorio del resultado de medición; esto puede reducirse usualmente incrementado el número de observaciones; su valor esperado. Página 76 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 4.2 Procedimiento para la evaluación y expresión de la incertidumbre. 4.2.1 PRUEBA #1 1.- Definir el Mensurando. Determinar el error de un multímetro de gancho marca FLUKE, modelo 336, en la medición de la corriente con gancho o un nivel de 29.95 A, 60 H z, utilizando un sistema de calibración de corriente eléctrica monitoreado por computadora. 2.- Modelo Físico. Circuito de Referencia Circuito de Monitoreo Página 77 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.- Modelo Matemático. Error = Li - Lp – Fc Donde: Li = Lectura del instrumento. Lp = Lectura del patrón. Fc = Factor de cobertura. 4.- Fuentes de incertidumbre. a) Resolución de la lectura del instrumento. b) Resolución de la lectura del patrón. c) Dispersión (Li – Lp). e) Calibración (Fc). 5.- Cuantificación Lecturas del instrumento: Lecturas del patrón: Li1 = 30,1 A. Lp1= 29,95 A. Li2= 30,1 A. Lp2= 29,95 A. Li3=30,1 A. Lp1= 29,95 A. Página 78 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Media aritmética o Promedio: -Media aritmética del multímetro: -Media aritmética del patrón: Desviación estándar: -Desviación estándar del multímetro: Página 79 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA -Desviación estándar del patrón: Resolución: -Resolución del instrumento bajo calibración= 0,1A. -Resolución del patrón = 0,15 A. Dispersión de las lecturas: Página 80 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Estabilidad del prototipo: Estabilidad del prototipo = 0,04388387 A. Calibración: Para 30,1 A. La corriente de referencia es: a) Corriente de referencia = 0.602 A. Calculando la dispersión de las lecturas del prototipo contra valores obtenidos con un patrón FLLUKE 55000A multifunción. 0.1% y 300µA. b) Factor de cobertura. K=2.58 c) A 1 σ Página 81 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA d) Incertidumbre Combinado. Expandiendo con K = 2 para un intervalo de confianza de 95,44 % recomendado por la CENAM. U=K Uc U = (2)( 0,069079) U =0,13832 A. Error : Tolerancia del multímetro es del 2 % + 5 ctas. Para 30,1A Página 82 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Margen de tolerancia: Limite superior: Ls= 0,15 A. + 0,14 A Ls= 0,29 Limite inferior: Linf =0,15 A – 0,14 A Linf = 0,01 A Solución: Los límites que se obtuvieron están dentro de la tolerancia del fabricante instrumento ya que es del 2%. Por lo tanto si cumple. Página 83 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 4.2.2 PRUEBA # 2 1.- Definir el Mensurando. Determinar el error de un multímetro de gancho marca FLUKE, modelo 336, en la medición de la corriente con gancho o un nivel de 25,6 A, 60 H z, utilizando un sistema de calibración de corriente eléctrica monitoreado por computadora. 2.- Modelo Físico. Circuito de Referencia Circuito de Monitoreo Página 84 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.- Modelo Matemático. Error = Li - Lp – Fc Donde: Li = Lectura del instrumento. Lp = Lectura del patrón. Fc = Factor de cobertura. 4.- Fuentes de incertidumbre. a) Resolución de la lectura del instrumento. b) Resolución de la lectura del patrón. c) Dispersión (Li – Lp). e) Calibración (Fc). 5.- Cuantificación Lecturas del instrumento: Lecturas del patrón: Li1 =25,6 A. Lp1= 25 A. Li2= 25,6 A. Lp2= 25 A. Li3=25,6 A. Lp1= 25 A. Página 85 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Media aritmética o Promedio: -Media aritmética del multímetro: -Media aritmética del patrón: Desviación estándar: -Desviación estándar del multímetro: Página 86 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA -Desviación estándar del patrón: Resolución: - Resolución del instrumento bajo calibración= 0,1A -Resolución del patrón= 0,15A. Resolución por Dispersión: Página 87 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Estabilidad del prototipo: Estabilidad del prototipo = 0,04388387 A. Calibración. Para 25,6 A. la corriente de referencia es: a) Corriente de Referencia = 0,512 A. Calculando la dispersión de las lecturas del prototipo contra valores obtenidos con un patrón FLLUKE 55000A multifunción. 0.1% y 300µA. b) Factor de cobertura. K=2.58 c) A 1 σ Página 88 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA d) Incertidumbre Combinado: Expandiendo con K = 2 para un intervalo de confianza de 95.44% recomendado por la CENAM. U= K Uc U= (2)( 0,06880 A.) U =0,137607 A. Error: Tolerancia del multímetro es del 2 % +5 ctas. Para 25,6 A. Página 89 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Margen de tolerancia. Límite superior Ls= 0,6 A. + 0,14 A Ls= 0,74A Límite inferior Linf =0,6 A – 0,14 A Linf = 0,46A Solución: Los límites que se obtuvieron están dentro de la tolerancia del fabricante del instrumento ya que es del 2%, por lo tanto si cumple. Página 90 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 4.2.3 PRUEBA # 3 1.- Definir el Mensurando. Determinar el error de un multímetro de gancho marca FLUKE, modelo 336, en la medición de la corriente con gancho o un nivel de 15,3 A, 60 H z, utilizando un sistema de calibración de corriente eléctrica monitoreado por computadora. 2.- Modelo Físico. Circuito de Referencia Circuito de Monitoreo Página 91 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 3.- Modelo Matemático. Error = Li - Lp – Fc Donde: Li = Lectura del instrumento. Lp = Lectura del patrón. Fc = Factor de cobertura. 4.- Fuentes de incertidumbre. a) Resolución de la lectura del instrumento. b) Resolución de la lectura del patrón. c) Dispersión (Li – Lp). e) Calibración (Fc). 5.- Cuantificación Lecturas del instrumento. Lecturas del patrón. Li1 =15.3 A. Lp1= 14.7 A. Li2= 15.3 A. Lp2= 14.7 A. Li3=15.3 A. Lp1= 14.7 A. Página 92 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Media aritmética o Promedio: -Media aritmética del multímetro: -Media aritmética del patrón: Desviación estándar: -Desviación estándar del multímetro: Página 93 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA -Desviación estándar del patrón. Resolución: - Resolución del instrumento bajo calibración= 0,1A . -Resolución del patrón= 0,15A. Resolución por Dispersión: Página 94 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Estabilidad del prototipo: Estabilidad del prototipo = 0,04388387 A. Calibración: Para 15,3 A. la corriente de referencia es: a) Corriente de Referencia = 0,306 A. Calculando la dispersión de las lecturas del prototipo contra valores obtenidos con un patrón FLLUKE 55000A multifunción. 0.1% y 300µA. b) Factor de cobertura. K=2.58 c) A 1 σ . Página 95 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA d) Incertidumbre Combinado: Expandiendo con K = 2 para un intervalo de confianza de 95,44 % recomendado por la CENAM. U=K Uc U = (2)( 0,06833A) U =0,13666 A. Error : Tolerancia del multímetro es del 2 % + 5 ctas. Para 30,1A Página 96 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Margen de tolerancia: Limite superior: Ls= 0,6 A. + 0,13 A Ls= 0,73 A. Limite inferior: Linf =0,6 A – 0,13 A Linf = 0,47 A Solución: Los límites que se obtuvieron están dentro de la tolerancia del fabricante instrumento ya que es del 2%. Por lo tanto si cumple. En la tabla siguiente se muestra una comparación los resultados de las tres pruebas realizadas anteriormente: COMPARACIÓN DE RESULTADOS Pruebas Lprototipo Lmultímetro Margen de error Margen de Margen de Tolerancia tolerancia- tolerancia.- del Ls. Li Fabricante #1 30,1. 29,95 A. 0,15 A. 0,29 A 0,01A. ±1,102 A #2 25 A. 25,6 A. 0,6 A 0,74 A 0,46 A. ±1,012 A #3 14,7 A. 15,3 A. 0,6 A 0,73 A. 0,47 A. ±0,806 A Tabla 4.1 Comparación de resultados. Página 97 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA HOJA DE CALCULO DE INCERTIDUMBRE EN MEDICIONES ELECTRICAS FI VE FDP u(x) c.s. u(y) Función de Coeficiente Distribución Incertidumbre Aportación de de de Probalidad Estándar Sensibilidad Incertidumbre v Fuente de Valor Incertidumbre Estimado Dispersión 29,95 A. Normal 0,0 A. 1 0,0 A. - Resolución - Uniforme 0,02886713 A. 1 0,02886713 A. - Estabilidad - Uniforme 0,044 A. 1 0,044 A. - Calibración 0,602 A. Uniforme 0,602 A. -1 0,602 A. - Grados de Libertad Mensurando 29,95 A Incertidumbre estándar combinada Uc(y) Grados efectivos de libertad Veff Factor de cobertura (95,45%) Incertidumbre expandida U 0,069079 A. 2,58 0,013832 A. RESULTADO:( 29,95 ± 0,14 ) A , k=2,58, µc = 95,44 % Tabla 4.2 Hoja de cálculo de la prueba #1. Página 98 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA HOJA DE CALCULO DE INCERTIDUMBRE EN MEDICIONES ELECTRICAS FI VE FDP u(x) c.s. u(y) v Función de Coeficiente Incertidumbre Aportación de Grados de Distribución de de Probalidad Estándar Sensibilidad Incertidumbre Libertad Fuente de Valor Incertidumbre Estimado Dispersión 25,0 A. Normal 0,0 A. 1 0,0 A. - Resolución - Uniforme 0,02886713 A. 1 0,02886713 A. - Estabilidad - Uniforme 0,044 A. 1 0,044 A. - Calibración 0,512 A. Uniforme 0,512 A. -1 0,512 A. - Mensurando 25,0 A Incertidumbre estándar combinada Uc(y) Grados efectivos de libertad Veff Factor de cobertura (95,45%) Incertidumbre expandida U 0,6880 A. 2,58 0,0137606 A. RESULTADO: ( 25,0 ± 0,14 ) A , k=2,58, µc = 95,44 % Tabla 4.3 Hoja de cálculo de la prueba #2. Página 99 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA HOJA DE CALCULO DE INCERTIDUMBRE EN MEDICIONES ELECTRICAS FI VE FDP u(x) Fuente de Valor Incertidumbre Estimado de Probalidad Estándar Dispersión 14,7 A Normal 0,0 A. 1 0,0 A. - Resolución - Uniforme 0,02886713 A. 1 0,02886713 A. - Estabilidad - Uniforme 0,044 A. 1 0,044 A. - Calibración 0,306 A Uniforme 0,306 A -1 0,306 A - Función de Distribución Incertidumbre c.s. Coeficiente de u(y) v Aportación de Grados de Sensibilidad Incertidumbre Libertad Mensurando 14,7 A. Incertidumbre estándar combinada Uc(y) Grados efectivos de libertad Veff Factor de cobertura (95,45%) Incertidumbre expandida U 0,6833 A. 2,58 0,01366 A. RESULTADO: ( 14,7 ± 0,13,66 ) A , k=2,58, µc = 95,44 % Tabla 4.4 Hoja de cálculo de la prueba #3. Página 100 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA CAPÍTULO V ANÁLISIS DEL COSTO - BENEFICIO Con la finalidad de realizar el estudio económico para la producción del prototipo en un montaje permanente se desarrolló el presupuesto de la inversión requerida en el presente proyecto. A continuación se presenta la lista de materiales y su costo en base a los precios en el mercado de Xalapa en el 2010. El costo total de materiales fue de $1515.50 Artículo Transformador reductor. Fusible Clavija Tabla de madera CIRCUITO DE REFERENCIA Imagen Modelo Especificaciones TR12V-3A FAME Costo Transformadores para fuentes de poder, de $170.00 127 VCA de entrada, con derivación central. Fusibles tipo americano de fusión rápida, 6 mm de diámetro por 32 mm de largo y 250 VCA. Clavija de 127 VCA, con tornillo, terminales de latón. Se utiliza para armar extensiones. 127 VCA; 60 Hz; 15 A. Tabla de madera de 28cm de ancho* 40cm de largo. $3.00 $5.00 $50.00 Página 101 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Barniz alquidálico brillante entintado que permite obtener acabados transparentes en color sobre madera. Barniz Tinte Thinner Brocha 3 Caimanes 3 Terminales 4 Terminales Tipo americano Producto formulado para diluir esmaltes alquidálicos, barnices fenólicos, selladores y lacas de nitrocelulosa. Fabricada con filamentos sintéticos de alta durabilidad desarrollados con tecnología que Filamentos permite "acariciar" la sintéticos. pintura, proporcionando con ello un acabado profesional. CAI-101N Mango color negro CAI-101R Mango color rojo TFA-1/4L TOA-3/16L 2,7 cm de largo 1 cm de ancho Acabado niquelado Soporta hasta 3 Amperes Terminal de latón tipo fastón, hembra, con forro color rojo, de 6,3 mm (1/4 de pulgada), para cable calibre 2216 AWG. Terminal de latón de ojillo, con forro color rojo, de 4,5 mm (3/16 de pulgada), para cable calibre 22-16 AWG. $36.00 $14.00 $6.50 $9.00 $12.00 $12.00 Página 102 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 2 Terminales 3 Terminales TRMA156L TCAB-1/4L Terminal de latón, macho, redonda, aislada con forro rojo y negro, para cable calibre 16-14 AWG. Terminal de empalme aislado con forro azul claro, para cable calibre 14-16 AWG $6.00 $15.00 9 Tornillos Su cabeza es ranurada y fuste ranurado helicoidalmente, terminado en punta, y que forma sus propias contrarroscas al ser introducido en el material. $15.00 5 Resistencias Resistencia de 1Ω de potencia, marca TESCO. $25.00 Autotransforma dor variable 60 Hz, tensión de operación de 0V a 120V/132V, corriente máxima de 3A, 0.40KVA de disipación. $360.00 Lata de aluminio de un diámetro de 9cm. $13.50 *AWG: 16 (26/ 30) Dimensiones ext.: 3,63 X 7,70mm. $20.00 79W029 Lata 5m de Cable POP16 Página 103 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Artículo CONSTRUCCIÓN DE LA BOBINA Imagen Modelo Especificaciones Alambre magneto Alambre magneto calibre 10AWG. $135.00 2 Terminales Terminal de empalme aislado con forro azul claro, para cable calibre 14-16 AWG $10.00 Caja de madera Caja de madera de 20 cm de ancho por 30cm de largo. $60.00 Porcelanizador Para obtener un acabado brillante y transparente similar a la cerámica. En casi cualquier material. $16.00 Pintura acrílica Color rojo óxido de 100ml. $12.00 Bananas hembras Conector hembra color rojo y negro. $12.00 TCAB1/4L Costo Página 104 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA CIRCUITO DE MONITOREO Artículo Capacitor Imagen Modelo Especificaciones C220-500 Capacitancia de 220 PF, tensión 500 Volts, dimensión 5 x 5 mm. cerámico Capacitancia Capacitor cerámico Costo $4.00 de 150 PF, tensión C150-500 500 Volts, $3.00 dimensión 5 x 5 mm Capacitancia 4 Capacitores cerámicos 22 C22-500 PF, de tensión 500 Volts, $3.00 dimensión 5 x 5 mm 4 capacitores electrolíticos E1-63R Capacitancia de 1µF, tensión 63 Volts, dimensión 5 x 11 mm. Capacitancia 1 capacitor electrolíticos $8.00 E10-50NP de 10µF, tensión 50 Volts, $3.00 dimensión 5 x 11 mm Resistencia de 10 kOhms, potencia Potenciómetro 101-10k de 0,2 Watts y una tensión $10.00 de 150 Volts. Página 105 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA 8 Resistencias R1k 1/4 2 Resistencias R10k 1/2 Driver receptor de alta velocidad MAX 232 RS232 De carbón al 5% de tolerancia. De carbón al 5% de tolerancia. Tiempo de propagación (μs) 1.5; tensión de salida +8V; tensión de alimentación -0.3 +6V; encapsulado DIP-16 Frecuencia $2.00 $20.00 de reloj 640; tensión Convertidor de analógico-digital de 8 bits de $8.00 ADC0804 aproximaciones alimentación 6.5V, encapsulado DIP- $87.00 20. sucesivas. El Micro PIC16F84 controlador A-04P PIC 16F84 tiene dos puertos. El puerto A con 5 $110.00 líneas y el puerto B con 8 líneas Carga capacitiva Cristal de cuarzo C4.0 4 a 5 MHz 12 a 32 pF. Frecuencia de 4 a $15.00 5 MHz. Página 106 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Cable CAT5E- multiconductor AZ-305 UTP • Transmite 1Gb unidireccional por segundo • 4 pares trenzados, forro en color azul • Diámetro exterior: 6,4 mm • Frecuencia: 250 $8.50 MHz Puente Al rectificador de WVB52 diodos 5% de tolerancia de ½ $9.00 Watt 3 leds color rojo Diodo emisor de luz (LED E5/ROJ-C 3 leds color verde Y 2 leds color $24.00 amarillo. Conector macho y Con agujas para Cubierta de 500-050 soldar, plástico 500-409 cubierta. De alta (Concha), para sin $14.00 densidad. conector DB9 Adaptador de USB macho tipo “A” a serial (DB9) macho USB-SER Para conectar equipos con puerto serial y a los puertos USB de la computadora. $170.00 El costo total de materiales utilizados fue de $1515.50 sin considerar todos los costos adicionales al proyecto como son: mano de obra, costos indirectos, etc., lo que representa un costo menor que la inversión en un sistema de calibración multifunciones similar al FLUKE 5500A con un costo que en este proyecto se ha realizado. Página 107 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA CONCLUSIÓN Actualmente existen equipos de calibración multifunciones en el mercado con la posibilidad de generar una gran variedad de parámetros eléctricos (tensión, corriente, resistencia, etc.) y en una amplia gama de frecuencias, lo que permite implementar y mantener laboratorios de calibración con niveles de exactitud de muy buena calidad. Sin embargo lo anterior representa una inversión muy fuerte tomando en cuenta aspectos como: instalaciones y mobiliario, equipo, personal entrenado, condiciones ambientales de trabajo, instalaciones eléctricas con regulación, etc., por ello se planteo la construcción de un sistema de prueba económico para departamentos que utilizan multímetros de gancho pero no les es rentable montar un laboratorio. El prototipo de calibración de multímetros de gancho ofrece una exactitud que no está al nivel de un sistema multifunción pero que para pruebas intermedias entre cada calibración en el laboratorio, permite una evaluación confiable del comportamiento del multímetro en base a las especificaciones dadas por el fabricante. La construcción del prototipo se realizo tomando componentes que estuvieran disponibles en el mercado de Xalapa, así como adaptando materiales que se adecuaron al diseño propuesto, como fue una tabla para el montaje del circuito de referencia o una caja utilizada para guardar pinturas y pinceles en una tienda de arte, acondicionada para alojar la bobina multiplicadora de corriente dado que al mantenerse firme las condiciones electromagnéticas de operación se mantienen estables. También se hizo uso de los recursos que brindan las computadoras portátiles como son los puertos de comunicación y el manejo de datos a través de software que permiten realizar ajustes y correcciones para compensar el desempeño del los circuitos. Página 108 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA Fue de gran ayuda contar con la posibilidad de realizar mediciones con un sistema multifunción de alta exactitud para ajustar y calibrar el prototipo, ya que esto nos permite relacionar los valores generados con los patrones nacionales que se encuentran en el Centro Nacional de Metrología. Una vez puesto en servicio el prototipo se realizo la calibración del multímetro digital de gancho marca FLUKE modelo 336 número de serie 87211762, lo que permitió evaluar la incertidumbre del proceso encontrando que la relación entre el patrón y el instrumento bajo prueba guarda una relación mayor de 4 a 1 (el patrón 4 veces más exacto que el instrumento) como se recomienda en las normas de metrología nacionales, por lo cual se aprueba la utilización del prototipo para el uso que fue diseñado. Se recomienda para su aplicación en campo las siguientes observaciones: Desarrollar el circuito de monitoreo en una placa de circuito impreso para garantizar su estabilidad. Mejorar la interface del monitoreo en la computadora para permitir la configuración de los parámetros de comunicación. Construir una bobina con un mayor número de vueltas (50 espiras) para ampliar el intervalo de valores de prueba. Montar el sistema en un sólo gabinete para garantizar su conservación y permitir un transporte seguro. Realizar la calibración del sistema al menos una vez por año, para garantizar la estabilidad de los circuitos conforme transcurre el tiempo. Página 109 UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PATRÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DE GANCHO MONITOREADO POR COMPUTADORA BIBLIOGRAFIA. Aranda Contreras Víctor Manuel (2004), Introducción ala metrología y métodos de calibración., Metas & Metrólogos Asociados. FLUKE Corporation (1994), Calibration Philosophy in Practice, Edited by FLUKE Corporation. NMX-CH-140-IMNC-2002 Guía para la expresión de incertidumbre de las mediciones, Instituto Mexicano de Normalización y Certificación A.C. Contreras Córdoba Julio César (1999), Automatización de la calibración de multímetros digitales en base norma ISO9000. García de Jalón Javier (1999), Aprenda Visual Basic 6.0, Universidad de Navarra España. Página 110
