ANÁLISIS DE UN COMPROBADOR DE PILAS

1. ANÁLISIS DE UN COMPROBADOR DE PILAS Sistemas de Instrumentación Electrónica Oscar Esquivel Vázquez Mariola Padilla García

2. OBJETIVOS • Planteado un problema de análisis de comprobación de una pila: • Verificar y/o comprobar el estado de una pila. • Realizar un diseño, análisis y síntesis de un circuito comprobador. • Analizar un comprobador de baterías existente en el mercado.

3. Proceso de creación de soluciones. PROBLEMA DISEÑO A DISEÑO B PRODUCTO COMERCIAL

4. Proceso de generación de conclusiones Problema Diseño A Diseño B Análisis del circuito Análisis del circuito Conclusiones Conclusiones Producto Comercial Análisis del circuito Conclusiones

5. Problema • A la hora de abordar el problema nos planteamos las siguientes cuestiones: • ¿Qué variable de la pila nos interesa medir?¿Tensión o Corriente? • ¿Realizamos la medida en circuito abierto o con carga?

6. Posibles soluciones generadas • Diseño A • La opción de dicho circuito es realizar una medición de tensión en los bornes de la pila de 1.5 V descartando así la medición en circuito abierto • Diseño B • La opción planteada es la medición de corriente proporcionada por la pila para ello se realiza un diseño de divisor de corriente.

7. Diseño A Galvanómetro 20Ω

8. Diseño A • Rs : Resistencia colocada en serie al galvanómetro, con un valor de 10 KΩ. • Rg : Resistencia interna del Galvanómetro con un valor de 20 Ω. • Galvanómetro: capaz de permitir el paso de una Imáx de 400 μA de fondo de escala. • Pila de 1.5 V con su Resistencia interna Ri.

9. Diseño A • Conociendo que: • Rg es de un valor muy pequeño. • Ri aumenta a medida que la pila se va descargando. • Sabiendo que la pila nos puede llegar a proporcionar una Imáx 3 A. • Suponiendo que circule una corriente de 0.15 mA.

10. Diseño A • ¿Será esta mínima corriente lo suficientemente eficaz como para excitar el galvanómetro y poder medir así su nivel de carga? • Si una pila puede proporcionar hasta 3 A, una pila descargada podría perfectamente darnos 0.15 mA. • ¿Nos inducirá esto erróneamente a medir una pila descargada como si estuviese a plena carga?

11. Diseño B 20Ω R1

12. Diseño B Rs : Resistencia colocada en serie al galvanómetro, con un valor de 3.75 KΩ. R1 : Resistencia colocada en paralelo a la batería para limitar el paso de corriente. Rg : Resistencia interna del Galvanómetro con un valor de 20 Ω. Galvanómetro: capaz de permitir el paso de una Imáx de 500 μA de fondo de escala. Pila de 1.5 V con su Resistencia interna Ri.

13. Diseño B • Conociendo que: • Rg es de un valor muy pequeño. • Ri aumenta a medida que la pila se va descargando. • Una vez colocada la resistencia de 150 Ω en paralelo a la pila que vamos a medir el circuito se transforma en un divisor de corriente.

14. Diseño B • Valores de I: • V = 1.5 V Imáx = 500 μA. • V = 0.75 V Imáx = 250 μA. • V = 0 V Imáx = 0 A.

15. Diseño B • Con lo cual podemos responder a las dos cuestiones iniciales: • Vamos a realizar una medida de la Corriente • La medida se realizará con una carga en el circuito

16. Comprobador de pilas comercial

17. Comprobador de pilas comercial R1 R3 R4 R2

18. Comprobador de pilas comercial Medidor de pilas comercial capacitado para realizar la medida de pilas de 1.5V y 9 V. Se realiza un estudio más exhaustivo del circuito equivalente a la medición de pilas de 1.5 V.

19. Comprobador de pilas comercial • Para la medida de 1,5 V el circuito se simplificaría a:

20. Comprobador de pilas comercial • Buscamos la Req del circuito entre los puntos y . A B B A

21. Comprobador de pilas comercial

22. Comprobador de pilas comercial • Suponiendo que la pila tenga V =1,5v y una Zeq =100Ω V = R * I I = 1,5/100 = 15mA

23. Comprobador de pilas comercial • Realizamos una prueba para medir la Rg del galvanómetro y podemos asegurar que la resistencia interna de un amperímetro es similar a la del galvanómetro y realizamos la siguiente medida: R = V / I = 1,5 V / 3A = 0,5 Ω

24. Comprobador de pilas comercial • Sometiéndolo a la LEY DE OHM y sabiendo que una pila de V = 1,5 V proporciona una Imáx = 3A. El resultado es que Rg = 0,5. Para facilitar los cálculos, redondeamos Rg a 1. • Si observamos que en el diseño, la función de R1 es la de limitar la intensidad: V = I * R  I = 1,5 V / 1,5K = 1mA • Concluimos que la resistencia equivalente del circuito para 1,5V es de 93,6 y circula una corriente máxima de 16mA. Al galvanómetro le llega una corriente máxima de 1mA.

25. Comprobador de pilas comercial • Para la medida de 9 V el circuito se simplificaría a:

26. Comprobador de pilas comercial • Para el circuito de 9V, circula una corriente máxima de 41,8mA. Al galvanómetro le llega una corriente máxima de 1mA.

27. Conclusiones • En todos los diseños es importante reseñar la presencia de una RESISTENCIA INTERNA en la pila puesto que es la que nos da una visión clara de la caída de tensión al aumentar el valor de la resistencia interna. • El diseño propuesto por los compañeros que más se acercaba a medir los valores reales de la pila sin producir un valor erróneo en el galvanómetro fue el DISEÑO B. • El comprobador de pilas comercial nos dio una visión real del problema y nos ayudó a comprender que para realizar una medición fiable habíamos de MEDIR LA CORRIENTE que proporciona la pila con UNA CARGA.

28. REALIZADO POR: MARIOLA PADILLA GARCÍAOSCAR ESQUIVEL VÁZQUEZLicenciatura en Radioelectrónica NavalSistemas de Instrumentación Electrónica10 de Abril del 2003