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Voltimetro Vectorial

Un Voltimetro Vectorial es empleado generalmente con señales de alta frecuencia, la característica distintiva del mismo es que ademas de indicar la magnitud de una señal nos da información sobre su fase.

Como vimos en la medición de Parámetros S para poder calcular cada uno de los cuatro parámetros necesitábamos medir las magnitudes y diferencia de fase entre dos señales, en ese caso necesitábamos realizar la medición con el voltimetro vectorial.

La señal de referencia para la medición de fase es la que ingresa por el canal A. Un circuito de control automático de fase (APC) sintoniza y engancha en fase al instrumento a la señal del canal A. El rango de frecuencia del APC es seccionado por medio de un control en el panel frontal. El APC sintoniza entonces el instrumento automáticamente y mantiene la sintonia aún cuando la frecuencia de entrada fluctúa moderamente.

Diagrama de un Voltimetro Vectorial

Diagrama en bloques elemental de un Voltimetro Vectorial que utiliza un circuito de enganche de fase automático (APC) para sintonia y enganche de fase del instrumento al canal A. El APC ajusta la frecuencia del oscilador  local controlado por tensión (VCO) que gatilla los muestreadores mezcladores de las sondas. Las señales de RF son reconstruidas a partir de las muestras de FI de 20kHz, donde se mide la amplitud y la fase.

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Medicion de Parametros S

Ya sabemos que son los Parámetros S, ahora la cuestión pasa en como medirlos. Un diagrama en bloques típico instrumentado (Analizador de Redes) para medir los parámetros S se indica en la siguiente figura.

Montaje para la medicion de parametros S

Fig 1. Diagrama en bloques de un típico sistema de medición de los parametros S, montaje en direccion directa

El procedimiento básico para medir S11 y S22 es el de medir con un voltimetro vectorial la relación de amplitudes y fase entre las tensiones incidentes y reflejadas con la sonda B en la posición B1; S11 es medida con el montaje (JIG) en la dirección directa y S22 con el montaje invertido. S12 y S21, las señales de transferencia, se miden con la sonda B en la posición B2 obteniendo S21 con el montaje invertido.

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Parametros Scattering “S”

Introducción a los Parámetros S

Analizador de Redes usado para medir parametros S

Un importante avance en el diseño y análisis de los circuitos con transistores es el de representar el dispositivo con un circuito equivalente apropiado. Para el análisis de señales pequeñas de CA es una practica común el de considerar al transistor como una “caja negra” de 4 terminales con las tensiones y corrientes en los terminales de entrada y salida relacionados por un conjunto de 4 parámetros. EL conjunto más útil de tales parámetros hasta la década del 60 han sido los parámetros “h”, “y” y “z” que son los que normalmente encontramos en cualquier libro.

Hay 4 parámetros para cada una de las 3 posibles configuraciones (emisor, base o colector común) ídem para los transistores de efecto de campo, lo que hacen un total de 36 parámetros. Algunos de estos parámetros para un tipo de transistor dado son normalmente especificados por el fabricante, dependiendo de las intenciones de las aplicaciones.

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¿Como medir la Capacidad de un Banco de Baterias de Plomo?

medir ensayo capacidad banco baterias

Recientemente ha tenido gran repercusión el ensayos de bancos de baterías por el método de la impedancia debido a que permite analizar las celdas selladas actuales a las que no se les puede medir densidad de electrolito.

La determinación precisa del estado de un banco de baterías estacionarias, es uno de los rubros que genera mayor incertidumbre a los encargados del aérea; más aún si los mismos no son especialistas en este tema, y además tienen también a su cargo el resto de las instalaciones eléctricas de una empresa.

Al realizar un ensayo para medir la capacidad de un banco de baterias de plomo-acido logramos dos objetivos:

  • Conocer el estado actual de nuestro sistema de baterías.
  • Elaborar una tendencia de degradación con respecto al tiempo (tendencia predictiva).

Antiguamente la única forma era efectuar realizar ensayos de cargas completas. Los ensayos cíclicos son costosos, insumen mucho tiempo y requieren personal técnico capacitado. Hoy en día los responsables del área tienen un nuevo y efectivo método de análisis de datos denominado método de impedancia.

Metodo de Impedancia para Medir la Capacidad de una Bateria

Existe un concepto muy importante y que debemos conocer:

El aumento de la impedancia interna de una batería es directamente proporcional a la disminución de la capacidad de retención de carga (Ah)

El método de impedancia permite a los ingenieros de ensayo “mirar por dentro” de los contenedores sellados y evaluar la condición de la celda o batería en funcionamiento. Esto ha demostrado ser un excelente camino para descubrir problemas que pueden conducir a fallas catastróficas.

La Impedancia brinda una medida de la resultante entre la resistencia y la reactancia de una celda electroquímica. El aumento de la impedancia a través del tiempo, aporta una referencia sobre cambios en las uniones internas y soldaduras de placas a bornes. También, y lo que es más importante, pone de manifiesto los efectos de la reducción del área efectiva de las placas, debido a la sulfatación.

La Resistencia brinda una medida de la calidad de las conexiones internas entre el terminal positivo y el negativo, incluyendo la resistencia de la solución electroquímica. Esta medición es sensible a cambios en las uniones entre placas.

La Reactancia es una medida de las características inductivas y capacitivas, las cuales son una función de las dimensiones físicas constructivas de una batería.

La Conductancia nos ofrece una medida relativa al estado superficial de las placas (sulfatación). La conductancia no es generalmente la inversa de la impedancia, ya que los métodos de medición son diferentes y a diferentes frecuencias; y sus conclusiones no son de la misma calidad o exactitud.

Circuito Interno de una Batería de Plomo Ácido

Es fácil deducir que si el circuito interno de una batería es el de la figura siguiente, un ensayo predictivo que analice todas estas variables al mismo tiempo (Ra + Rm + Ri + Cb), brindará en forma integral una información precisa del sistema.

Todo otro método de evaluación unitaria o parcial de esta cantidad de variables, brindará una información limitada sobre el estado de una batería. La figura muestra en forma simple los elementos que constituyen la magnitud impedancia.
impedancia bateria plomo acido

Rm = Es la resistencia “metálica” que abarca a las uniones entre placas y bornes.

Ra = Es la resistencia electroquímica, aportada por el electrolito y separadores de placas.

Cb = Es la capacidad formada por las placas en paralelo con un valor promedio de 1,3 a 1,7 faradios por cada 100 AH de capacidad de carga.

Ri = Es una resistencia no lineal que se origina entre las placas y el electrólito.

Medicion de la Impedancia de una Bateria de Plomo-Acido

La impedancia de una batería en buen estado, puede variar entre un ± 20% de la línea de base de impedancias, se define como línea de base de impedancia al promedio de las impedancias de todas las baterías que forman nuestro sistema (estacionario).

La única posibilidad de medir una impedancia es valiéndonos de la inyección de una corriente alterna de frecuencia y magnitud determinada en los bornes de la celda, la cual se superpone y no es influenciada por la corriente continua propia. Esto implica no tener la necesidad de desconectar la carga que en ese momento alimenta al sistema y aún el cargador que lo respalda. Esto se logra solamente si el equipo de ensayo tiene poder como para anular o ignorar el ripple (componente de alterna) de la fuente. Cada valor de impedancia de cada celda es almacenado como dato al igual que su tensión (CC).

El promedio de todos estos valores, es calculado automáticamente para crear una línea de base. Adoptando el parámetro práctico del 20% o según la IEEE en sus documentos 1187-88-89, la cual recomienda un máximo de desviación del 30%, se puede detectar cuales son las celdas defectuosas que superarán esta barrera o la tendencia al aumento de otras para fines predictivos. El incremento de la impedancia es el principal indicador de degradación paulatina.

Periodicidad de los Ensayos

Basándonos en las recomendaciones de la IEEE para batería selladas y ventiladas, surge la siguiente tabla

periodicidad ensayos baterias plomo acido

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