CONCEPTOS DE ELECTROTECNIA PARA APLICACIONES INDUSTRIALES

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Conceptos de Mediciones Eléctricas

Resistencia interna de los aparatos de medida

La corriente que circula a través de un instrumento de medida tiene que superar cierta resistencia, llamada resistencia propia del instrumento de medida o resistencia interna. En un amperímetro dicha resistencia debe ser lo más pequeña posible, mientras que en los voltímetros dicha resistencia debe ser lo más elevada posible.

Amperímetro

El amperímetro es el aparato destinado a medir la intensidad de la corriente eléctrica. Dado que en Electrónica la unidad de intensidad de corriente eléctrica, el amperio es excesivamente grande, los aparatos más utilizados son el rniliamperímetro y el microamperimetro.

Un amperímetro no es más que un instrumento por el que circula toda o parte de la corriente que se desea medir. Los amperímetros pueden tener uno o más alcances de medidas según las necesidades de aplicación.

Los amperímetros con un solo alcance de medida se utilizan normalmente para el control permanente de la intensidad por lo cual suelen ser parte integrante de un aparato o una instalación.

Los amperímetros utilizados en Electrónica están dotados de varias escalas así como de los circuitos adecuados para que puedan medirse intensidades de corriente comprendidas entre unos pocos de microamperios y varios amperios.

Para la medición de la' intensidad de una corriente eléctrica el amperímetro debe conectarse en serie con la carga (ver figura 1). De esta forma la corriente que circula por la carga es la misma que circulará por el instrumento de medida. Naturalmente; el alcance de medida del instrumento debe ser el adecuado para que la medición se efectúe sin problemas en la segunda mitad de la escala. Un aparato cuya desviación a fondo de escala sea de 1 mA no podrá utilizarse para medir corrientes de 25 mA, puesto que no soportaría una corriente tan elevada, coma tampoco podría utilizarse para medir una inténsidad de corriente de 2,5 µA, puesto que la indicación casi no se desviaría de su valor a fondo de escala.

La resistencia interna del instrumento debe ser lo más pequeña posible con respecto a la resistencia de la carga, pues de esta forma la caída de tensión en bornes del mismo será pequena y no influirá apenas sobre la tensión en bornes de la carga y por lo tanto, sobre la corriente que por ella circule.

Efectivamente supongamos un circuito compuesto por una pila de 3 V y una resistencia de 1 kΩ (figura 2). La corriente real que circulará por la resistencia será según la ley de Ohm :

I = U/Rc = 3 / 1000 = 3 mA

Si conectamos en serie con la carga un amperímetro de elevada resistencia interna, como por ejemplo 1 000 Ω (figura 3), se cambian las condiciones de funcionamiento del circuito, ya que a la resistencia de la carga deberá sumársele la resistencia interna del aparato (ambas en serie); la corriente que circula por la carga será ahora de

I = U/(Rc + Ri) = 3/ (1000 + 1000) = 1,5 mA

mitad de la que realmente circula en condiones de funcionamiento normal. La medida en este caso sera pues errónea.

Sin embargo, si la resistencia interna del amperímetro es de pequeño valor, 50 Ω por ejemplo (figura 4), apenas si se cambian las condiciones de funcionamiento del circuito ya que la caída de tensión en el instrumento es despreciable. Efectivamente, en este segundo caso la corriente que circulará por la carga e indicada por el aparato de medida será de

I = U/(Rc + Ri) = 3/ (1000 + 50) ≈ 2,8 mA

prácticamente igual a la corriente real que circula por la carga cuando entre ella y la fuente de alimentación no está intercalado el instrumento de medida.

Naturalmente. un instrumento de medida de 50 Ω de resistencia interna en serie con una carga de 50 Ω nos situará en el mismo caso de la figura 3. Por todo ello el instrumento de medida debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible. El caso indicado aunque naturalmente imposible sería aquél en el que la resistencia interna del amperímetro fuese de 0 Ω. pero como ello no es posible, se utilizan amperímetros cuya resistencia interna sea de al menos 1/ 10 de la resistencia del circuito donde deben aplicarse.

Uso del multímetro en posición de medición de corriente (A)

La corriente es la medida del valor de flujo de electrones en un circuito. Se mide en amperios.

La forma más común de medir la corriente en un circuito es abrir el circuito e insertar un "amperímetro" en serie (en línea) con el circuito para que todos los electrones que fluyen a través del circuito también tengan que pasar por el medidor. Debido a que medir la corriente de esta manera requiere que el medidor forme parte del circuito, es un tipo de medición más difícil de realizar que el voltaje o la resistencia.

Algunos medidores digitales, como la unidad que se muestra en la ilustración, tienen un enchufe separado para insertar el conector del cable de prueba rojo al medir la corriente. Otros medidores, como la mayoría de los medidores analógicos económicos, usan los mismos conectores para medir voltaje, resistencia y corriente. Consulte el manual del propietario sobre el modelo particular de medidor que posee para obtener detalles sobre la medición de la corriente.

Cuando un amperímetro se coloca en serie con un circuito, idealmente no cae voltaje cuando la corriente lo atraviesa. En otras palabras, actúa como un trozo de cable, con muy poca resistencia de una punta de prueba a la otra. En consecuencia, un amperímetro actuará como un cortocircuito si se coloca en paralelo (a través de los terminales ) una fuente sustancial de voltaje. Si se hace esto, se producirá un aumento de la corriente, lo que podría dañar el medidor.

Los amperímetros generalmente están protegidos contra corrientes excesivas por medio de un pequeño fusible ubicado dentro de la carcasa del medidor. Si el amperímetro se conecta accidentalmente a través de una fuente de voltaje considerable, el aumento de corriente resultante "fundirá" el fusible y hará que el medidor sea incapaz de medir la corriente hasta que se reemplace el fusible. ¡Tenga mucho cuidado de evitar este escenario!

Usted puede probar la condición del fusible de un multímetro cambiándolo al modo de resistencia y midiendo la continuidad a través de los cables de prueba (y a través del fusible). En un medidor donde se utilizan los mismos conectores de cables de prueba para medir la resistencia y la corriente, simplemente deje las conexiones de los cables de prueba donde están y toque las dos puntas juntas. En un medidor donde se usan diferentes enchufes, así es como inserta los enchufes de los cables de prueba para verificar el fusible:

Construya el circuito de una batería y una lámpara usando cables de puente para conectar la batería a la lámpara y verifique que la lámpara se encienda antes de conectar el medidor en serie con ella. Luego, abra el circuito en cualquier punto y conecte las puntas de prueba del medidor a los dos puntos de la ruptura para medir la corriente. Como de costumbre, si su medidor tiene un rango manual, comience seleccionando el rango más alto para la corriente, luego mueva el interruptor selector a posiciones de rango más bajo hasta que se obtenga la indicación más elevada en la pantalla del medidor sin excederlo. Si la indicación del medidor está "al revés" (movimiento a la izquierda en la aguja analógica o lectura negativa en una pantalla digital), invierta las conexiones de la sonda de prueba y vuelva a intentarlo. Cuando el amperímetro indica una lectura normal (no "al revés"), los electrones entran en el cable de prueba negro y salen del rojo. Así es como usted determina la dirección de la corriente usando un medidor de corriente.

 

El circuito visto, armado con una bornera deberá dar los mismos resultados.

Como se indica en la figura, la cifra indicada de 24,70 miliamperios (24,70 mA) es una cantidad arbitraria, razonable para una pequeña lámpara incandescente. Si la corriente de su circuito es de un valor diferente, está bien, siempre que la lámpara esté funcionando cuando el medidor esté conectado. Si la lámpara se niega a encenderse cuando el medidor está conectado al circuito, y el medidor registra una lectura mucho mayor, probablemente tenga una condición de cortocircuito a través del medidor. Si su lámpara se niega a encenderse cuando el medidor está conectado en el circuito, y el medidor registra corriente cero, probablemente haya quemado el fusible dentro del medidor. Verifique el estado del fusible de su medidor como se describió anteriormente en esta sección y reemplace el fusible si es necesario.

Ampliación  del  alcance  de medida  de  un amperímetro

Mediante una sencilla modificación del circuito del amperímetro es posible medir intensidades de corriente muy superiores a la indicada en la última división del instrumento. Esta modificación consiste en shuntar (puentear, hacer puente, derivar, etc.) mediante una resistencia de valor adecuado, los bornes del instrumento, de forma que sólo una pequeña parte de la corriente, proporcional a la intensidad total que se desea medir, pase por la bobina móvil o el circuito electrónico de medición del aparato.

Así, si se dispone de un miliamperímctro de 1 mA de plena escala, 100 divisiones (en caso de amperímetros de bobina móvil) y 50 Ω de resistencia interna, y debe medirse una corriente de, por ejemplo, 10 mA, es indudable que si se aplica toda la corriente al instrumento éste se quemará, puesto que su devanado o circuito de medición no podrá soportar una intensidad de corriente tan elevada. Sin embargo, si conectamos en derivación con el instrumento una resistencia que absorba 9/ 10 partes de la intensidad que debe medirse, por el miliamperimetro sólo circulará 1/10 parte de dicha corriente, es decir 1 mA, lo cual entra dentro de las posibilidades del aparato.

En la figura 5 se ha representado el caso expuesto, es decir el esquema de un miliamperímetro de 1 mA de fondo de escala en serie con una resistencía de 1000 Ω y una fuente de alimentación de 10 V. Por el miliamperímetro sólo circula 1 mA, puesto que los 9 mA restantes circulan a través de la resistencia en derivación con el instrumento.

Si en lugar de una resistencia de carga de 1 kΩ, se conecta una de 2 kΩ, la intensidad de corriente que circula por la carga será de 5 mA, pasando 9/10 partes por la resistencia en derivación con el miliamperímetro (4,5 mA) y 1/10 parte por el instrumento (0,5 mA), es decir la aguja del instrumento se desviará sólo hasta el centro de la escala (figura 6).

Dado que, según hemos dicho antes, el miliamperímetro es de 1 mA de fondo de escala o a plena escala en un instrumento digital, tanto en el caso de la figura 5 como en el de la figura 6 deberá multiplicarse el valor leído en la escala del instrumento por 10. Así, como en el caso de la figura 6 la indicación es de 1 mA, dicho valor multiplicado por 10 nos dará el valor de la intensidad de corriente que circula por la carga (1 mA x 10 = 10 mA); en el ca.so de la figura 6, la aguja indicará 0,5 mA, por lo que al multiplicar por 10 se tiene igualmente el valor real de la intensidad de corriente que circula por la carga (0,5 mA X 10 = 5 mA).

Para el cálculo de la resistencia de derivación es imprescindible conocer el valor de la resistencia interna del instrumento. El cálculo de la resistencia derivadora está basado en la primera ley de Kirchhoff, la cual establece que en todo punto de encuentro de varios conductores, la suma de las corrientes que a él llegan es igual a la suma de corrientes que de él parten. Así, la corriente I1que llega al punto A. de la figura 7 es igual a la suma de las corrientes IA e IB que circulan por el instrumento de medida y la resistencia de derivación respectivamente.

Dado que la resistencia es inversamente proporcional a la intensidad de corriente, la resistencia derivadora deberá ser tantas veces menor con respecto a la resistencia interna del instrumento como veces sea superior la corriente que por ella circula con respecto a la intensidad de corriente que circule por el instrumento.

Así, volviendo al caso de la figura 5, en la que considerábamos una intensidad de corriente total de 10 mA, de los cuales 9/10 partes debían circular por la resistencia derivadora y 1/10 parte por el instrumento, como la resistencia interna del miliamperímetro era de 50 Ω, el valor de la resistencia derivadora será de

Rs = 50/9 = 5,55 Ω

Efectivamente, con una resistencia de 5,55 Ω en derivación con los bornes del miliamperimetro se obtienen los siguientes valores de resistencias e intensidades :

SIN APARATO ALGUNO DE MEDIDA:

Intensidad total

CON INSTRUMENTO DE MEDIDA Y DERIVACIÓN

Resistencia total del circuito

Intensidad total

(prácticamente la misma que sin instrumento de medida).

Intensidad a través del miliamperímetro.

Intensidad a través de la resistencia de derivación:

Si con el mismo aparato deben  medirse corrientes de hasta 100  mA, la derivación debería absorber los 99  mA que no pueden circular por el  miliamperímetro, por lo  tanto  el  valor de  dicha  resistencia será ahora de

y los valores leídos en la escala del instrumento deberán multiplicarse por 100.

 

 

 

 

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