efecto de carga de un voltimetro

1. CURSO
Laboratorio de circuitos Eléctricos I
CATEDRÁTICO
Lic. Gutiérrez Atoche Egberto
PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 11
Efecto de carga de un voltimetro
DATOS PERSONALES
Esquivel Ventura Andrés
130508-E 2015-II
NOTA
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA ELÉCTRICA
LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MÁQUINAS
ELÉCTRICAS

2. LABORATORIO N°11: EFECTO DE CARGA DE UN VOLTIMETRO
I. OBJETIVO:
 Analizar en forma experimental el efecto de carga que representa un
voltímetro en un circuito.
II. FUNDAMENTO TEÒRICO:
Hay muchos métodos e instrumentos diferentes que se emplean para medir la
corriente y el voltaje. Las mediciones de voltaje se efectúan con dispositivos tan
variados como los voltímetros electromecánicos, voltímetros digitales,
osciloscopios y potenciómetros.
Los métodos para medir corrientes implican los instrumentos llamados
amperímetros. Algunos amperímetros funcionan censando realmente la
corriente, mientras que otros la determinan indirectamente a partir de una
variable asociada como lo es el voltaje, el campo magnético o el calor.
Los medidores que determinan el voltaje y/o la corriente se pueden agrupar en
dos clases generales: medidores analógicos y medidores digitales. Aquellos que
implican mecanismos electromecánicos para mostrar la cantidad que se está
midiendo en una escala continua (es decir analógica) pertenecen a la clase
analógica. En este capítulo se analizarán esos medidores analógicos, junto con
la información básica conceptual, asociada con el funcionamiento de los
medidores. Los medidores digitales.
Un amperímetro siempre se conecta en serie con una rama del circuito y mide la
corriente que pasa a través de él. Un amperímetro ideal sería capaz de efectuar
la medición sin cambiar o perturbar la corriente en la rama. (Esta medición sin
perturbaciones sería posible si el medidor pareciera como un cortocircuito con
respecto al flujo de corriente). Sin embargo, los amperímetros reales poseen
siempre algo de resistencia interna y hacen que la corriente en la rama cambie
debido a la inserción del medidor.
En forma inversa, un voltímetro se conecta en paralelo con los elementos que se
miden. Mide la diferencia de potencial (voltaje) entre los puntos en los cuales se
conecta. Al igual que el amperímetro ideal, el voltímetro ideal no debería hacer
cambiar la corriente y el voltaje en el circuito que se está midiendo Esta medición
ideal del voltaje sólo se puede alcanzar si el voltímetro no toma corriente alguna
del circuito de prueba (debería parecer como circuito abierto entre los dos puntos
a los cuales se conecta). Sin embargo la mayoría de los voltímetros reales
trabajan tomando una corriente pequeña, pero finita y por lo mismo también
perturban el circuito de prueba hasta cierto grado. Más adelante se describirá la
magnitud de los errores de medición originados por tales aspectos no ideales de
los medidores reales.

3. MOVIMIENTO DE LOS MEDIDORES ELECTROMECANICOS
Movimiento del Galvanómetro de D`ArsonvaI.
El mecanismo sensor más común que se emplea en los amperímetros y
voltímetros electromecánicos es un dispositivo sensor de corriente. Este
mecanismo fue desarrollado por D'Arsonval en 1881 y se llaman el movimiento
deD'Arsonval o movimiento de imán permanente y bobina móvil. También se
emplea en algunos óhmetros, medidores rectificadores de CA y puentes de
impedancia. Su aplicación tan difundida se debe a su sensibilidad y exactitud
extremas. Se pueden detectar corrientes de menos de 1 fA mediante
instrumentos comerciales (Algunos instrumentos de laboratorio que se emplean
en los movimientos de D'Arsonval pueden medir corrientes tan pequeñas como
1.0 x 10-13 A. El movimiento detecta la corriente empleando la fuerza que surge
de la interacción de un campo magnético y la corriente que pasa a través de él.
La fuerza se emplea para generar un desplazamiento mecánico, que se mide en
una de esa calibrada.
Las cargas que se mueven en forma perpendicular al flujo de un campo
magnético experimentan una fuerza perpendicular tanto al flujo como a la
dirección de movimiento de las cargas. Como la corriente que pasa por un
conductor se debe a un movimiento de cargas, esas cargas estarán sujetas a la
fuerza magnética si se orienta adecuadamente al conductor dentro de un campo
magnético. La fuerza se transmite mediante las cargas a los átomos en el
conductor. y se fuerza al conductor mismo a moverse. Como ejemplo, colóquese
un conductor en un campo orientado como se muestra en la figura 4-1 a). La
dirección de la fuerza en el conductor que lleva la corriente se encuentra
fácilmente mediante la regla de la mano derecha. El dedo índice apunta en la
dirección de la corriente convencional y el dedo medio apunta en la dirección del
campo magnético. La ecuación vectorial que define a esta fuerza es:
F=iL x B
Siendo F a fuerza en newtons en el conductor, i es la corriente en amperes, L es
la longitud del conductor en metros y B la intensidad del campo magnético en
webers/metro cuadrado. El seno del ángulo entre L y B se representa por X.
Cuando se emplea la regla de la mano derecha, el ángulo es 90° y el valor del
seno es por lo tanto 1. Si la corriente fluye hacia arriba a través de este conductor.
la fuerza hará que el alambre se mueva hacia la derecha. Si se dobla el conductor
en forma de una bobina rectangular y se le suspende en el mismo campo
magnético, la fuerza resultante sobre el conductor tenderá a hacer girar a la
bobina como se indica en la figura 4-2 a).

4. Un voltímetro es un instrumento destinado a medir la diferencia de potencial
entre dos puntos de un circuito, tal como se indica esquemáticamente en la figura
1. Observemos que el voltímetro se conecta en paralelo. Los voltímetros se
suelen construir utilizando un microamperímetro (o galvanómetro) como aparato
base al que se añade en serie una resistencia. Esta resistencia, junto a las
características del aparato base, define el margen de medida del voltímetro. Los
voltímetros usuales disponen de varias escalas, lo que significa que el fabricante
ha montado en su interior las resistencias adecuadas para cada una de ellas.
Desde el punto de vista de una red eléctrica, el circuito equivalente de un
voltímetro es su resistencia interna.
Un voltímetro ideal sería aquel cuya conexión a cualquier red eléctrica no
produjera modificación alguna de las corrientes y potenciales existentes en la
misma. De esta forma la diferencia de potencial medida correspondería
efectivamente a la existente antes de la conexión. El voltímetro ideal presentaría
una resistencia interna infinita. Sin embargo, los voltímetros reales presentan
una resistencia interna finita y ello supone que una cierta corriente se desvíe por
el aparato al conectarlo a un circuito dado, modificando las corrientes y
potenciales preexistentes en el circuito. Este hecho se conoce como efecto de
carga del voltímetro, y justifica la importancia de conocer las características del
aparato que en su momento se utilice, y saber deducir de las mismas si su efecto
de carga es o no despreciable. Si el efecto de carga es despreciable, entonces
podremos hacer uso del voltímetro como si se tratara de un voltímetro ideal,
situación deseable desde el punto de vista práctico. Si por el contrario el efecto
de carga no es despreciable, entonces todavía se puede hacer uso del
voltímetro, pero teniendo presente que la diferencia de potencial medida es
distinta de la preexistente antes de conectar el aparato, la cual puede calcularse
en algunos casos a partir de la medida.
MANEJO DE LOS APARATOS ANALÓGICOS Y DIGITALES
En esta práctica usaremos un voltímetro analógico, un amperímetro analógico y
un polímetro digital. Este último servirá como voltímetro y como amperímetro.

5. Aunque el funcionamiento interno de los aparatos analógicos y digitales puede
ser diferente, desde el punto de vista de las medidas ambos se caracterizan de
igual forma, teniendo el mismo circuito equivalente. Genéricamente podemos
adelantar que en régimen de corriente continua todos los aparatos tienen un
borne positivo (+) y un borne negativo (-); el voltímetro mide siempre la diferencia
de potencial entre el borne positivo y el borne negativo (V+-V-) y el amperímetro
la corriente que entra por el borne positivo y sale por el negativo.
Los aparatos analógicos deben conectarse en posición vertical u horizontal
según las indicaciones del fabricante ( ⊥ posición vertical, ⎯ posición horizontal).
En particular, los aparatos analógicos de esta práctica se pueden utilizar en
posición horizontal o ligeramente inclinada. Estos aparatos pueden medir
diferencias de potencial o intensidad de corriente en régimen de corriente
continua o alterna. En esta práctica se utilizara únicamente para medidas en
continua, de manera que SÓLO SE SELECCIONARAN POSICIONES DEL
CONMUTADOR EN LOS RANGOS MARCADOS EN BLANCO (con el símbolo).
En este caso, ambos aparatos tienen dos bornes: uno positivo (+) y otro negativo
(COM). Por otra parte, hay diferentes escalas graduadas superpuestas, pero
dichas escalas graduadas tienen unidades arbitrarias: el fondo de escala nos
indica que el aparato mide entre 0 (voltios o amperios) y el valor del fondo de
escala. El fondo de escala está determinado por la posicióndel conmutador. Para
realizar una medida deberemos fijar, inicialmente, el mayor fondo de escala del
aparato; seguidamente, después de realizar la lectura, iremos disminuyendo el
fondo de escala, GIRANDO MUY SUAVEMENTE el conmutador hasta que
hagamos una medida en la que no nos salgamos del fondo de escala. Los
aparatos analógicos se dañan cuando la aguja se sale de escala, por lo que
nunca deberemos consentir que la medida sea mayor que el fondo de escala en
el que trabajamos, y, si sucede por un descuido, deberemos desconectar
rápidamente el aparato.
El voltímetro y amperímetro digital que se empleará en esta práctica es parte
de un polímetro que puede medir diversas magnitudes. Dicho polímetro se puede
conectar indistintamente en posición vertical u horizontal. Por lo común, todos
los polímetros que se construyen miden las siguientes magnitudes:
- Intensidad de corriente continua
- Intensidad de corriente alterna
- Diferencia de potencial de corriente continua
- Diferencia de potencial de corriente alterna
- Resistencias.
El polímetro es pues un aparato que puede hacer las funciones de amperímetro,
voltímetro u óhmetro. Cada posición del selector corresponde a una función del
polímetro y un margen de medida (por lo que el fondo de escala se determina
con un conmutador), que queda indicado. Las unidades de la magnitud que se

6. lee en el dial corresponden a la unidad asociada al fondo de escala seleccionado.
Las posibles funciones de nuestro polímetro son:
DCV= voltímetro de corriente continua
ACV= voltímetro de corriente alterna
OHMS= óhmetro o medidor de resistencias
DCA= amperímetro de corriente continua
ACA= amperímetro de corriente alterna.
Para manejar correctamente el polímetro y evitarle posibles daños, el selector
debe situarse en la posición que seleccione la función correcta ANTES DE
CONECTARLO y en el mayor margen o escala posible. Si el indicador no
sobrepasa el valor máximo de la escala inferior (lo que se observa cuando
aparece un 1 en la pantalla), entonces posicionaremos el selector en la escala
inferior, hasta conseguir una medida lo más precisa posible. Es decir, para
realizar una medida deberemos elegir el mayor margen de escala posible;
seguidamente iremos disminuyendo dicho margen de escala, GIRANDO MUY
SUAVEMENTE EL CONMUTADOR, hasta encontrar un 1, para “subir” hacia el
inmediato superior (así conseguiremos el mayor número de cifras significativas).
Antes de comenzar las medidas de la práctica se recuerda que el error de
sensibilidad de una medida directa es el correspondiente al valor más pequeño
que puede apreciarse. Así pues, cada vez que se haga una medida con un
aparato anotad la escala en la que se hace y la sensibilidad de dicha escala (que
no tiene porqué ser la división más pequeña).
MEDIDAS BÁSICAS CON VOLTÍMETRO
Montar el circuito de la figura 3. ε1 es la pila de 4,5 V (pila de “petaca”). Utilizar
el voltímetro analógico y luego el digital para medir VA-VB. Esta diferencia de
potencial corresponderá a la fuerza electromotriz de la pila. Comparad los
valores medidos con el correspondiente valor nominal.
CARACTERIZACIÓN DEL VOLTÍMETRO ANALÓGICO
Determinaremos en este apartado la resistencia interna del voltímetro en la
escala de 10 V de continua (en los voltímetros analógicos la resistencia interna
depende de la escala).

7. Montar el circuito de la figura 4. Los puntos A y C corresponden con los puntos
fijos del reóstato, siendo B el punto móvil. La resistencia variable es la caja de
resistencias de seis décadas (de 10 a 106 Ω), y el voltímetro se comporta como
una resistencia r. Con R=0 ajustar el reóstato para un valor V0 de la escala del
voltímetro. Elegir un valor entero o cuya mitad sea fácilmente medible (ver
párrafo siguiente). La variación de V con R viene dada por:
V ≈ (r /(R + r))xV0 …………..(1)
Según la relación (1) r será igual al valor de R para el que V=V0/2. Para ello,
basta con ajustar el valor de R hasta medir con el voltímetro un valor de V que
corresponda a la mitad del valor inicial (V0). Como se pretende medir la
resistencia interna del voltímetro, y dicho valor depende del fondo de escala, esta
secuencia de medidas deberemos hacerla sin cambiar el fondo de escala.
CARACTERIZACIÓN DEL VOLTÍMETRO DIGITAL
Determinaremos en este apartado la resistencia interna del voltímetro digital para
la escala de 20 V (En el caso del voltímetro digital todas las escalas tienen la
misma resistencia interna) empleando el mismo circuito que en el apartado
anterior, pero sustituyendo el voltímetro analógico por el voltímetro digital.
EFECTO DE CARGA DEL VOLTÍMETRO
Montar los circuitos de la figura 5 y medir en cada caso VA-VC, VA-VB y VBVC.
Medir cada una de estas diferencias de potencial con el voltímetro analógico
usando el mismo fondo de escala (10 V), y observar si se verifica la igualdad:
(VA-VC) = (VA-VB) + (VB-VC) ……………..(2)
Repetir la misma secuencia de medidas con el voltímetro digital (en la escala de
20 V).

8. III. COMPONENTES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS:
 Dos fuentes de alimentación de C.C.
 Voltímetro Digital de C.C.
 Voltímetro Análogo de C.D.
 Resistores de carbón (varios)

9. IV. PROCEDIMIENTO:
1. Construir el circuito de la figura 01
2. Medir la tensión RL con cada uno de los voltímetros, utilizando diferentes
rangos de medida, que se dispone anótelo en la tabla #01.
RL V1
(200mV)
V2
(2V)
V3
(20V)
V4
(200V)
V5 (1000V)
RL’ - 0.363 0.36 0.3 0
RL’’ - - 5.33 5.3 5
RL’’’ - - 7.21 7.2 7
RL’’’’ - - 7.39 7.4 7
RL’’’’’ - - 7.47 7.4 7
RL’’’’’’ - - 7.82 7.8 8
3. Repetir el valor para cada uno de los diferentes valores de RL que se
disponen, y anótelos en la tabla #01.
RL’=220Ω

10. RL’’=10kΩ
RL’’’=56kΩ
RL’’’’=82kΩ

11. RL’’’’’=100kΩ
RL’’’’’’=8.2MΩ
TABLA N°01
RL V1
(200mV)
V2
(2V)
V3
(20V)
V4
(200V)
V5 (1000V)
RL’ - 0.363 0.36 0.3 0
RL’’ - - 5.33 5.3 5
RL’’’ - - 7.21 7.2 7
RL’’’’ - - 7.39 7.4 7
RL’’’’’ - - 7.47 7.4 7
RL’’’’’’ - - 7.82 7.8 8
4. Con el ohmímetro medir los respectivos valores de los resistores utilizados
en el circuito.

12. V. CUESTIONARIO:
1. Qué entiende usted por sensibilidad voltimétrica e impedancia de
entrada del voltímetro.
Se define como la impedancia que presenta el multímetro en sus terminales,
al conectarse al circuito de medida. De esta manera se tiene que:
El voltímetro digital presenta una impedancia de entrada formada por un
circuito RC paralelo. La resistencia Rv se encuentra en el orden de los
megos ohmios (MΩ) y la capacitancia Cv, en el orden de los pico faradios
(pF):
Ilustración 17 Modelo De Impedancia Para El Voltímetro (A.C)
Para corriente directa, el circuito equivalente del voltímetro será:
Ilustración 18 Modelo De Impedancia Para El Voltímetro (D.C)
Ilustración 19 Modelo Impedancia Amperímetro (A.C y D.C)
2. Determine la resistencia interna de cada uno de los voltímetros
utilizados.
Utilizamos un multímetro variando el rango, para hacer nuestra practica.

13. 3. Con los valores medidos de los resistores calcule la tensión de VAB para
cada uno de los resistores RL utilizados.
RL’=220Ω
RL’’=10kΩ

14. RL’’’=56kΩ
RL’’’’=82kΩ

15. RL’’’’’=100kΩ
RL’’’’’’=8.2MΩ

16. 4. Compare los resultados experimentales (medidos) con los teóricos
(calculados) anótalos en la tabla #02.
TABLA N°02
RL VT VE EA ER%
RL’ 368.151mV 0.36V 8.1mV 2.2%
RL’’ 5.405V 5.33V 0.075V 1.38%
RL’’’ 7.234V 7.21V 0.024V 0.33%
RL’’’’ 7.407V 7.39V 0.017V 0.23%
RL’’’’’ 7.476V 7.47V 0.006V 0.08%
RL’’’’’’ 7.804V 7.82V 0.016V 0.2%
5. Explique por qué es deseable que la impedancia de entrada de un
voltímetro, tenga un valor muy alto. Cuáles son los efectos en el
circuito de prueba, si la impedancia de entrada del voltímetro baja.
Si la impedancia del voltímetro fuese baja en comparación con la
resistencia del resistor, entonces el voltímetro no reconocería la medida
exacta del resistor colocándose “1” como resultado del voltímetro.
Si un voltímetro tiene una baja impedancia de entrada baja, digamos
10kΩ y se está midiendo un voltaje a extremos de una resistencia de
10kΩ, el multímetro está cambiando efectivamente el valor de la
resistencia a 5KΩ ( ya que dos resistencias de 10kΩ en paralelo =
resistencia 5kΩ). Por consiguiente, el voltímetro ha cambiado los
parámetros del circuito, y realmente, está leyendo una tensión
errónea. Esas dos resistencias forman un divisor de potencial que se
utiliza para bajar el voltaje que se mide a un nivel que Arduino pueda leer,
además de ser la impedancia de entrada.
Un conjunto multímetro digital para medir voltaje DC típicamente tendrá
una impedancia de entrada de 10MΩ o superior. Esto significa que la
resistencia entre las dos sondas o terminales del multímetro es de 10MΩ
o más.
Así pues, es deseable una alta impedancia de entrada para un voltímetro
(o multímetro en la escala de voltaje). Cuanto mayor impedancia de
entrada, menos probable es que el multímetro influya o cambie lo que
está midiendo del circuito. Al medir (con un multímetro que tiene una
impedancia de entrada de 10 millones de ohmios) el voltaje a extremos
de un componente en un circuito, es el mismo que la conexión de una
resistencia de 10MΩ en paralelo con el circuito; no influye.
Así que, queremos una alta impedancia de entrada en nuestro circuito
divisor de tensión, y que la impedancia de este “voltímetro” no vaya a
influir en el circuito que se esté bajo prueba.
Sin embargo, como regla general, un dispositivo de alta impedancia de
entrada será generalmente propenso a recoger más ruido o

17. interferencias (EMI) que un dispositivo de baja impedancia de entrada,
por ese motivo se debe adaptar un filtro de paso alto.
La fórmula para calcular los valores en un divisor de tensión es:
Vout = (R2 / (R1 + R2)) * Vin
Por lo tanto, puesto que Arduino admite un Vmax de 5V en sus entradas
analógicas, si el divisor está funcionando correctamente, entonces
el Vout será de un máximo de 5V, y para poder calcular la tensión máxima
de entrada al circuito usaremos:
Vmax = 5,0 / (R2 / (R1 + R2))
6. Se tienen cinco voltímetros diferentes en la figura 03. SE mide un
voltaje de 10V en serie con una resistencia de 1000Ω
TABLA
V1
(200mV)
V2
(2V)
V3
(20V)
V4
(200V)
V5 (1000V)
RL - - 10 10 10

18. VI. Anexos
Tabla N° 01
RL V1
(200mV)
V2
(2V)
V3
(20V)
V4
(200V)
V5 (1000V)
RL’ - 0.363 0.36 0.3 0
RL’’ - - 5.33 5.3 5
RL’’’ - - 7.21 7.2 7
RL’’’’ - - 7.39 7.4 7
RL’’’’’ - - 7.47 7.4 7
RL’’’’’’ - - 7.82 7.8 8
Tabla N° 02
RL VT VE EA ER%
RL’ 368.151mV 0.36V 8.1mV 2.2%
RL’’ 5.405V 5.33V 0.075V 1.38%
RL’’’ 7.234V 7.21V 0.024V 0.33%
RL’’’’ 7.407V 7.39V 0.017V 0.23%
RL’’’’’ 7.476V 7.47V 0.006V 0.08%
RL’’’’’’ 7.804V 7.82V 0.016V 0.2%

19. VII. CONCLUSIONES:
 Todos los voltimetros son diferentes y cada uno tiene su impedancia de
entrada que se puede verificar en la guía de usuario de cada voltimetro.
 Para que el voltímetro pueda medir correctamente la tensión de cada
resistor de ser la impedancia del voltimetro muy alta.
 Todo dispositivo en el campo eléctrico tiene un límite superior de
corriente que si resulta excedido podría causar la destrucción del
aparato. En consecuencia, antes de emplear cierto equipo en un circuito,
verifique que, en esas condiciones no sobrepasara la máxima intensidad
soportable por él.
 Al utilizar un medidor analógico procure que sus deflexiones estén en lo
posible, en los tercios superiores de la escala.
VIII. RECOMENDACIONES
 Leer cuidadosamente las especificaciones del instrumento, poniendo
especial cuidado en lo que respecta a seguridad, características del
instrumento y operación
 Tener siempre presente que los instrumentos tienen campos específicos
de aplicación.
 Utilice la menor cantidad de cableado posible, tanto en cantidad como
extensión. Evite usar empates para sus mediciones.
IX. LINKOGRAFÌA:
 http://html.rincondelvago.com
 http://wwwpub.zih.tudresden.de/~fhgonz/carrera/3o/teem/p1voltimetroam
perimetro.pdf
 http://comunidad.udistrital.edu.co/medidaselectricas/2-1-1/
 http://volyam.blogspot.pe/
 https://prezi.com/wuqo_cqarekm/efecto-de-carga/