CURSO DE INSTRUMENTACION Y MEDICIONES

TRABAJO COLABORATIVO TEMA 5

UNIDAD 2

Por:

Diego León Díaz Molina

CC: 1020441426

Wilson Andrey Tejada

C.C:

Duban Olmedo Tejada

CC:

Grupo: 201455_16

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA. UNAD – CEAD MEDELLIN

Introducción

Desarrollo del trabajo colaborativo propuesto con el tema 5, donde ponemos en práctica los conocimientos aprendidos sobre el manejo de osciloscopios, además de la lectura e interpretación de estos debido a que son parte fundamental e importante para los ingenieros en telecomunicaciones debido a que es una

herramienta eficaz para conocer y medir las señales, eléctricas electrónicas y hasta electromagnéticas.

MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN CON VISUALIZACIÓN DINÁMICA

1. Medida de señales alternas con osciloscopio. Seleccionar 3 señales senoidales con el generador de señales, distintas en amplitud y frecuencia, de los valores que se exponen a continuación, y realizar los ejercicios a, b, c y d.

V1 = 6Vpp, 500Hz V2 = 7.5Vpp, 10KHz V3 = 9Vpp, 1MHz

Señal V1 = 6Vpp, 500Hz.

Mando V/Div = 1V/DivBase de Tiempos = 1ms/Div

a) Periodo y frecuencia:T = 1ms/div . 2div; T = 2msf = T-1; 2ms-1 = 500Hz; f = 500Hz

b) Vpp, Vef y Vmáx:Vpp = 1V/div . 6div; Vpp = 6VVef = Vp/√2; 3/√2 = 2.12VefVmáx = Vpmáx; Vmáx = 3V

c) Medir el voltaje eficaz con el polímetro y compararla con la calculada anteriormente. Explicar el porqué de las posibles diferencias.

Vef calculada= 2.12VVef medida = 2.11V

La diferencia, aunque es pequeña, se debe a la resistencia interna del polímetro, que aunque es muy grande, para que la señal medida no varíe, no es ideal, e introduce algun error que se ve al calcular la Vef.

-Señal V2 = 7.5Vpp, 10KHz

Mando V/Div = 2V/DivBase de Tiempos = 50μs/Div

a) Periodo y frecuencia:T = 50μs/Div . 2div; T = 100μsf = T-1; 100μs-1 = 10000Hz; f = 10KHz

b) Vpp, Vef y Vmáx:Vpp = 2V/div . 3.75div; Vpp = 7.5VVef = Vp/√2; 3.75/√2 = 2.65VefVmáx = Vpmáx; Vmáx = 3.75V

c) Medir la tensión eficaz con el polímetro y compararla con la calculada anteriormente. Explicar el porqué de las posibles diferencias.

Vef calculada= 2.65VVef medida = 4.60V

En este caso, la diferencia si es apreciable, y se debe al ancho de banda del polímetro, que sólo alcanza 1KHz, de modo que al someterlo a 10KHz, la medida que da no es precisa.

Señal V3 = 9Vpp, 1MHz

Mando V/Div = 2V/DivBase de Tiempos = 0.5μs/Div

a) Periodo y frecuencia:T = 0.5μs/Div . 2div; T = 1μsf = T-1; 1μs-1 = 1000000Hz; f = 1MHz

b) Vpp, Vef y Vmáx:Vpp = 2V/div . 4.5div; Vpp = 9VVef = Vp/√2; 4.5/√2 = 3.18VefVmáx = Vpmáx; Vmáx = 4.5V

c) Medir la tensión eficaz con el polímetro y compararla con la calculada anteriormente. Explicar el porqué de las posibles diferencias.

Vef calculada= 3.18VVef medida = 0.0V

Igual que en el caso anterior, la diferencia, que en este caso más que apreciable es absoluta, se debe al ancho de banda, sólo que ahora en vez de trabajar un poco fuera del rango, estamos trabajando en una zona demasiado alejada como para que pueda calcular la tensión.

e) Seleccionar una señal cuadrada de 4,5 Vpp que tenga un periodo de 40ms.Dibujar la señal.

F= 1T

= 140ms

=25HZ T= 1F

= 125HZ

=40ms

Mando V/Div = 1V/DivBase de Tiempos = 10ms/DivT = 40ms; f = 25Hz

Especificaciones de la señal:Para que la señal se vea correctamente hay que actuar sobre el condensador de entrada, puenteándolo ya que de modo contrario la señal se ve triangular, debido a la carga y descarga del mismo, apreciable por la baja frecuencia de la señal.

f) Representar simultáneamente en la pantalla del osciloscopio dos señales, una senoidal de 5Vpp, 100Hz, y otra triangular de 8Vpp y 20Khz

Señal triangular:Mando V/Div = 2V/Div 4divBase de Tiempos = 10μs/Div 5div

Señal senoidal:Mando V/Div = 1V/Div 5divBase de Tiempos = 5ms/Div 2div

Con 0.1ms

Para este ejercicio nos tocó trabajar con dos variables de tiempo para poder observar cada señal una variable fue de o,1 ms para observar la señal triangular y la otra fu de 1 ms para poder observar la señal senoidal

Con 0.1ms

En realidad el ejercicio no es viable, ya que por la diferencia excesiva de los periodos de las señales, estamos obligados a cambiar las bases de tiempos, para poder representar las dos señales a la vez, siempre recordando que las divisiones no valen lo mismo para las dos. El ejercicio sería posible si tuviéramos dos bases de tiempos diferentes, pero no es el caso

2. Medir los desfases de las señales de entrada y salida con el osciloscopio. VE/VR y VE/VC

En el siguiente esquema: a) Medir el periodo y la frecuencia de cada una de las señales sinusoides. b) Medir el desfase existente entre ellas y dibujar las señales

RCh 1; CCh 2

V/Div Ch1 = 0,5V/DivV/Div Ch2 = 0,5V/DivT/Div = 10μs/Div

TR = 0,666ms fC = 1500HzTC = 0,666ms fC = 1500Hz

En la pantalla, el cálculo del desfase se hace calculando la diferencia que hay entre los disparos de la señal, de modo que al no estar una encima de otra sabemos que hay un desfase, Este desfase se calcula con una simple regla de tres:

666,6μs 360º30μs xº xº = 55,5º

Sabemos que el desfase es de 55,5º

3- Investigar cómo se producen las interferencias electromagnéticas en los cables de datos.

Las Interferencias Electromagnéticas (EMI) están siendo uno de los mayores motivos de perturbaciones que se generan en los cables de datos en redes informáticas, sean estructuradas o no. El instalador debe respetar todos los procedimientos técnicos para realizar la instalación, para tener una instalación calificada, donde los efectos de las EMI no causen perturbaciones en la red de datos, provocando pérdidas de desempeño.

Las Interferencias Electromagnéticas (EMI) tienen tres fuentes:

1. Las EMI originadas entre los pares, en un cable estructurado, son mitigadas por las formas de construcción de los cables (pares torcidos y conjunto de los pares enrollados, respetando un determinado paso) y se deben respetar debidamente las normas de instalación especificadas por los fabricantes sobre los componentes aplicados en la instalación.

2. Las EMI originadas por los cables que trafican en forma paralela a los cables de datos, como los cables de energía eléctrica (ver Figura 1).

3. Las EMI originadas por los elementos externos son las causadas por ondas electromagnéticas traídas desde afuera de la canalización y que causan perturbaciones, directamente o indirectamente, en los cables de datos, como las ondas de radio, de TV, celulares, campos magnéticos, campos electromagnéticos, etc.

El conocimiento de los niveles y tipos de las ondas electromagnéticas existentes en el ambiente de trabajo, ayudan a orientar las actitudes para tomar precauciones con el fin de atenuar las perturbaciones que puedan generarse en los cables lógicos, por efectos externos o internos. Las perturbaciones externas, ya sean que provengan de ondas electromagnéticas o de cables que transmitan otras formas de energía o señal, en una misma tubería deben tener un tratamiento especial durante la instalación, tomando medidas que atenúen o eliminen estas perturbaciones. Entre todas las fuentes que causan perturbaciones, las principales son:

A. Armónicos y Transientes (transitorios) en la red de energía eléctrica (ver Figura 2). Considerando una red de energía eléctrica con ondas senoidales de 50 Hz, la norma indica que podemos transportar cables lógicos junto con conductores de energía eléctrica (hasta 480 V y 20 A), separados por una división fija. No obstante, hoy tenemos redes de energía eléctrica con una onda deformada, cargada de armónicos y transientes.

B. Saturación de los cables de datos. Cuando la corriente de los cables de energía eléctrica, que corren paralelos a los cables lógicos, llegan cerca o sobrepasan los 20 A., tenemos fuertes perturbaciones en los cables lógicos. Los armónicos pueden traer componentes de corriente continua que también provocan estas perturbaciones.

C. Emisiones de estaciones de radio de FM que estén en las proximidades de la instalación.

D. Emisiones de TV y de antenas de celulares

4- Investigar cómo se pueden prevenir y evitar las interferencias electromagnéticas en los cables de datos.

Los tres métodos posibles para eliminar las interferencias son:

1. Suprimir la emisión en la fuente.2. Hacer el camino de acoplamiento poco efectivo.3. Hacer el receptor menos sensible a las emisiones

Las principales medidas para prevenir estos problemas son:

1. Lugar de instalación del equipo: Al instalar los equipos destinados a procesar la transmisión de datos (hub, switch, etc.), evite la instalación de los mismos en áreas sujetas a fuertes efectos de EMI y compruebe si los equipos cumplen con las normas de EMC.

2. Cableado: Compruebe con anticipación las fuentes EMI del lugar, conecte a tierra o remueva los cables no usados. Al transmitir datos y telefonía, juntos o por vía separada, la señal analógica de la campanilla puede provocar ruido en los pares de datos.

Al traspasar los cables de datos, paralelo al cableado de energía, aunque la frecuencia de 50 Hz. no cause ningún problema en la red de datos, los armónicos y los transientes provocan enormes interferencias en el desempeño del sistema de datos. Si debe cruzar los cables de datos con conductores eléctricos, hágalo a 90 grados.

3. Protección física: Para atenuar las EMI de fuentes externas y de fuentes adyacentes, coloque los cables de energía en tuberías metálicas conectadas a tierra

El mercado actual ofrece principalmente tres tipos de material de fabricación de tuberías o ductos para protección física del cableado: plástico, acero y aluminio.

Plástico: el material plástico es un excelente aislante eléctrico, pero las ondas electromagnéticas no lo ven. Su función es exclusivamente física, pues, para las EMI, es como si no existiera nada entre la fuente emisora EMI y el cable. Además, pueden tener serios problemas con las normas de incendio, ya que quema y, en la mayoría de los casos, emite gases tóxicos. Cuando son de buena calidad, en relación a la resistencia física, el fuego y la emisión de gases, es cara.

Acero: los productos fabricados en acero, normalmente son recubiertos con cinc o pintados. Estos son vistos por las ondas electromagnéticas y forman un blindaje razonable, pero son magnéticos.

Aluminio: los productos fabricados en aluminio son vistos por las ondas electromagnéticas y no son magnéticos. Se necesita un producto en acero con

aproximadamente 2,5 veces más espesor para tener la misma capacidad de blindaje contra las ondas electromagnéticas en comparación con el aluminio. 

Las pruebas realizadas en laboratorio utilizando tuberías plásticas y de aluminio, cubriendo toda la gama de transmisión de datos (Cat. 5 y Gbit/s), presentan los resultados, mostrados en las Figuras 4 y 5.

5- Investigar con que métodos o instrumentos se pueden medir las interferencias electromagnéticas.

Osciloscopio:

Dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.

Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital.

Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.

Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).

Analizador de Espectros

El analizador de espectros es una herramienta capaz de representar las componentes espectrales de una determinada señal a partir de su transformada de Fourier.Esta representación en el dominio de la frecuencia permite visualizar parámetros de la señal que difícilmente podrían ser descubiertos trabajando en el dominio del tiempo con ayuda de un osciloscopio.Es especialmente útil para medir la respuesta en frecuencia de equipos de telecomunicaciones (amplificadores, filtros, acopladores, etc) y para comprobar el espectro radioeléctrico en una zona determinada con la ayuda de una antena.En la pantalla del equipo la amplitud o potencia de las señales se representa en el eje y y la frecuencia en el eje x . La medida de potencia viene indicada en dBm, una unidad logarítmica relativa al milivatio

Medida y observación del ruido. Los instrumentos habituales para medir las características de una señal y en particular su ruido son el osciloscopio, el analizador de espectros y el voltímetro.

Cuando se utiliza el osciloscopio, se suele medir el valor de pico de la señal de ruido, esto es, la cota máxima y mínima que en su variación aleatoria alcanza. El valor rms de ruido que se considera es la sexta parte del valor de pico:

Cuando se utiliza un voltímetro (rms) el valor que mide, corresponde directamente con el valor rms del ruido

Espectro frecuencial del ruido: La potencia de ruido se distribuye por todo el espectro de frecuencia. Por ello, cuando se hace referencia al valor rms del ruido, es necesario indicar el rango de frecuencias sobre el que se hace la medida. En el caso de ruido blanco, la anchura de banda es por definición infinita, lo que implica que cuando se aplica a una resistencia, la potencia del ruido que resulta es infinita (en la práctica la anchura de banda limitada del circuito, acota la potencia, y no da lugar a una liberación infinita de energía). En cualquier caso, la medida del ruido es función de la anchura de banda con la que se mide. Las diferentes medidas del ruido, deben estar referidas a una anchura de banda.

La gráfica de la densidad espectral de potencia de ruido pn(f) frente a la frecuencia representa la distribución de la potencia de la señal de ruido en las diferentes frecuencias.

Las densidades espectrales de potencia de tensión en^2 (f) e intensidad in^2 (f), se miden respectivamente en V^2 /Hz y A^2 /Hz.

6- Principales fuentes de interferencias electromagnéticas, como pueden afectar las principales fuentes de interferencia electromagnéticas a las mediciones y a los instrumentos de medida.

 La fuente de la interferencia puede ser cualquier objeto, ya sea artificial o natural, que posea corrientes eléctricas que varíen rápidamente, como un circuito eléctrico, el Sol o las auroras boreales.

El ruido eléctrico, también llamado interferencia electromagnética, o EMI, es una señal eléctrica despreciable que produce efectos indeseables y por otro lado trastornos en los circuitos de un sistema de control. La interferencia electromagnética o EMI puede ser radiada o conducida. Cuando el ruido que se origina en una fuente y viaja a través del aire se le llama radiación de EMI. Las señales de radio y TV pueden ser fuentes de radiación de EMI. EL ruido conducido viaja a través de un conductor, como una línea de energía. El ruido original puede haber sido radiado, depositado en las líneas y entonces conducido.

Fuentes que causan ruido: • Interrupción de cargas • Transmisión de estaciones de Radio y canales de TV • Puesta a tierra de los equipos pobre o nula.• Descargas atmosféricas (rayos). • Operaciones de equipo pesado. • Motores eléctricos funcionando cerca de equipo electrónico sensible.

La radiación EMI puede afectar a los sistemas de medición debido a que en lugares especificas o situaciones especiales la EMI llega hasta los componentes electrónicos de los aparatos de medición y este puede des calibrarse o pueden afectar los elementos que se están midiendo. Cuando se está midiendo una señal en un cable y una EMI llega hasta el cable que esta descubierto y no está blindado esta señal choca con la señal que está pasando por el conductor afectando su resultado original, un ejemplo de esto es la estática que hasta el mismo cuerpo humano genera y para poder manipular estos dispositivos electrónicos y los conductores o aparatos a medir hay que Muchos sistemas y cableados están blindados por una razón, para que cuando viajen llevando información esta no se vea afectada al ruido generado por aparatos electrónicos que estén cerca o fenómenos de la naturaleza pero cuando se quita la cubierta de blindaje de estos conductores y en el espacio que nos encontramos hay radiación EMI que puede provenir de muchas partes, la medición se puede ver seria mente afectada, por ello debemos planear con anticipación los lugares y las herramientas que debemos llevar para hacer procesos de medición, por ejemplo el no cargar celulares cerca durante el ejercicio, no estar cerca de antenas celulares de radio o televisión. Todo esto aspectos pueden afectar en una correcta y real medición a una con ruido.