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MEDICIONES
ELÉCTRICAS - PROPIEDADES DE LOS INSTRUMENTOS INDICADORES
Aparatos básicos de medida : Voltímetro
Es el instrumento que se emplea para medir la tensión entre dos puntos de un circuito. Se colocará, por tanto, entre esos dos puntos, es decir, en paralelo con el resto del circuito. En general, todo aparato de medida ha de cumplir la condición de que al colocarse en el circuito que se desea medir, no altere las condiciones de funcionamiento del mismo.
El voltímetro ideal sería aquel que no dejase pasar intensidad a través de él. Esto equivale a decir que presentase entre sus terminales una resistencia infinita (circuito abierto). En la realidad, la resistencia interna de un voltímetro es finita. Será tanto más próximo al caso ideal cuanto mayor sea su valor.
En corriente continua se deben conectar los voltímetros con la polaridad adecuada, de forma que la lectura siempre sea positiva.
Recomendaciones prácticas:
- Antes de efectuar una medida con el voltímetro es preciso ajustar el cero de la aguja.
- Cuando se va a realizar la medida de una tensión desconocida, se conectará el borne del voltímetro de indicación más alta y el que tiene la señal cero (máximo alcance o fondo de escala). Esta última conexión permanecerá en las operaciones siguientes. Si la lectura de la aguja no se encuentra por encima del 40 % de la escala (escala no uniforme), se cambiará la conexión del voltímetro a la indicación inferior siguiente y así sucesivamente hasta que ello ocurra.
- La resistencia interna del voltímetro ha de ser al menos 10 veces mayor que la resistencia cuya tensión se quiere medir, para que de esta forma el error cometido no sea demasiado grande.
Amperímetro
Se emplea para medir la intensidad que circula a través de un elemento de un circuito. Se coloca en serie con el elemento cuya intensidad se desea medir.
El amperímetro ideal sería aquel en el que se produjera una caída de tensión nula entre sus extremos. Esto equivale a decir que presentase entre sus terminales una resistencia cero (cortocircuito). En realidad siempre hay una resistencia, aunque pequeña, lo que lleva consigo la aparición de errores en las medidas.
La indicación de la resistencia interna del amperímetro se hace mediante la caída de tensión producida entre sus bornas cuando pasa la intensidad tope de escala, Vfe. El valor de RA es característico del amperímetro para cada escala (RA será mayor para escalas de intensidad inferiores).
Las recomendaciones prácticas son las mismas que para el voltímetro. La resistencia interna ha de ser al menos 10 veces menor que la resistencia del circuito donde se inserta el amperímetro.
Los amperímetros en continua deben conectarse con la polaridad adecuada, a fin de que su lectura sea positiva.
Vatímetro.
Se utiliza para medir la potencia de un elemento de circuito. La mayoría de ellos son de tipo electrodinámico, aunque en la actualidad se van reemplazando por indicadores digitales. La bobina fija, que es el "circuito amperimétrico", se conecta, pues, en serie con el elemento y la bobina móvil o "circuito voltimétrico", en paralelo
| Por consiguiente, la corriente
en las bobinas fijas es proporcional a I mientras que la corriente en la bobina móvil es proporcional a V. La deflexión
de la aguja indicadora es proporcional al producto VI, que es la potencia. |
Según las normas DIN, se debe conectar el circuito voltimétrico delante del amperimétrico.
El vatímetro ideal sería aquel en el que su circuito amperimétrico fuese un cortocircuito y el voltimétrico, un circuito abierto.
La constante de lectura del aparato dependerá de dos magnitudes: tensión e intensidad, por lo que la constante de lectura del aparato es:
Normalmente, el aparato posee cuatro bornes, dos para el circuito voltimétrico (0 – x A) y dos para el amperimétrico (0 – y A). La constante de lectura, si el cuadrante está graduado en 100 partes es:
Un vatímetro en corriente continua mide el producto de la tensión por la corriente. En ambas magnitudes hay que tener en cuenta la polaridad de las bobinas. En los vatímetros, los extremos de las bobinas con la misma polaridad aparecen señalados con un asterisco (*), de forma que la lectura del vatímetro es positiva cuando los terminales están conectados como en la figura siguiente.
Voltímetros,
amperímetros, óhmetros, instrumental de lectura
directa - Sensibilidad y resistencia interna:
El parámetro más importante para definir la calidad
de un instrumento indicador de lectura directa es la potencia
necesaria para que deflexione a plena escala. Se lo puede formular
así:
La
calidad relativa de un indicador es mayor cuanto menores son la
corriente y la caída de tensión que se requieren
para llevar la aguja indicadora al máximo de la escala.
Por consiguiente, los requisitos principales en un indicador de
alta calidad son la elevada sensibílidad (S), a la corriente
en ohms por volt:
La
sensibilidad a la corriente establece un limite a los alcances
más bajos que pueden cubrirse en las aplicaciones como
amperímetro y voltimetro. El mínimo alcance de corriente
se extenderá entre 0 e Io. amperes. Como se
indica en la figura siguiente :
Fig
1. Derivador amperométrico
dicho alcance puede aumentarse "m" veces si se coloca
en paralelo con el indicador una resistencia multiplicadora o
"shunt", cuyo valor sea:
La caída de voltaje del instrumento con multiplicador no
se altera por el alcance escogido y su valor para deflexión
a plena escala, E., será siempre:
La
caída de voltaje siempre deberá ser lo más.
pequeña posible, de modo que resulte insignificante frente
a la tensión de alimentación, E. Tal condición
indica la necesidad de una baja resistencia interna.
Fig
2. Resistor serie multiplicador
Resistencia
serie voltimétrica
El mínimo alcance de voltaje se extiende entre 0 y Eo.
volts. Como se aprecia en la Figura 2, dicho alcance puede extenderse
"m"veces si se incluye un resistor en serie,
cuyo valor sea
Una
vez más, la corriente Io, en amperes, que circula
por el voltírnetro al deflexionar éste a plena escala,
es :
Cuanto
mayor es la relación ohms por volt del voltímetro,
menor es la corriente que drena de la fuente de tensión.
Multiplicadores
amperimétricos
Los multiplicadores amperimétricos o "shunts"
aumentan el alcance útil del miliamperímetro. Como
ejemplo, supongamos que ha de aumentarse el alcance de un miliamperímetro
de 2.500 ohms de resistencia interna, desde 0,1 mA (miliamperes)
hasta 10 A (amperes). Puesto que 1A= 103 mA, la relación m es
Si
no se toma en cuenta el valor 1 en la relación (m -1),
en comparación con 105, el resistor "shunt"
deberá calibrarse para una resistencia de
Al no tener en cuenta el valor 1 se introduce un error de sólo
1/105, o sea 0,001 %, Con todo, no siempre es posible
esta simplificación. Si, por ejemplo, el alcance debe extenderse
desde 0,1 mA a 1 mA, m valdrá 1/0,1 = 10, y
en
vez de 250 ohms de haberse despreciado el 1, un error del 10 %
aproximadamente.
Multíplicador
voltimétrico
En forma semejante a la anterior, puede ampliarse el alcance del
voltímetro, si se le agrega un resistor en serie con el
indicador. Si, por ejemplo, suponemos que se utilizará
un indicador de 0 a 0,1 mA (a plena escala) , con una resistencia
interna de 2.500 ohms, para convertirlo en voltímetro de
0-5 volts, se procederá como se indica a continuación:
La relación
ohms por volt es independiente del alcance. Si comparamos el alcance
de 0 - 0,25 con el de 0-5-volts, obtenemos
El factor
Ri = Rs, es la resistencia interna total del voltímetro
para el alcance de 0-5 voits.
RESISTENCIA
INTERNA DEL INDICADOR
Si han
de modificarse la aplicación y el alcance del indicador,
debe conocerse previamente su resistencia interna. Si no se conoce
dicho valor, debe medírselo. Puesto que la medición
deberá efectuarse con una precisión comprendida
entre ± 1 a 2 %, no resulta recomendable un óhmetro
común. Además, ciertos óhmetros harían
circular por la bobina del indicador una corriente superior al
límite correspondiente para la misma. Incluso una corriente
de intensidad suficiente como para no dañar la bobina,
puede afectar otros componentes delicados del mecanismo, tales
como la aguja o la suspensión.
Un método
más razonable para determinar la resistencia interna del
indicador es el que se muestra en la Figura 3 .
Fig.
3 . Determinación
de la resistencia interna de un indicador (todos los valores entre
paréntesis se obtienen con la llave cerrada) .
La corriente
Io que se obtiene de la fuente E, se ajusta por medio del resistor
R hasta que el
indicador deflexione a plena escala, cuando se abre el conmutador
SW. Luego se cierra SW y se ajusta la.caja de resistencias por
décadas hasta que la aguja del indicador llegue exactamente
a la mitad de la escala. El valor de la resistencia que se lee
entonces en la caja de décadas es el que corresponde a
la del indicador. En esta medición se supone que la calibración
del indicador es la correcta. Si existieran dudas al respecto,
las indicaciones a plena escala y a la mitad de la misma deberán
controlarse con un indicador de probada exactitud.
INDICADORES
DE CC DE VARIOS ALCANCES
"Shunts"
amperimétricos
Los "shunts" en general, y aquéllos para elevadas
corrientes en particular, deben incorporarse al circuito amperimétrico
de tal forma que evite el aumento de la resistencia de contacto,
que podría dañar al instrumento. Un contacto pobre
o abierto en un circuito con "shunts" mal conectados,
provocaría una circulación de corriente tan intensa
a través del indicador que quemaría completamente
su bobina o produciría otros daños permanentes.
En la Figura 4A se ha representado la forma incorrecta de conectar
un "shunt" en un circuito amperimétrico, mientras
que en la Figura 4B se muestra la forma correcta de hacerlo.
Fig.
4 - . Conexión de un resistor "shunt" : (A) incorrecto
(resistencias de contacto en el circuito del "shunt")
y (B) correcto (resistencia de contacto en el circuito del instrumento).
En la disposición adoptada en la Figura 4A, la resistencia
de contacto está incluida en el circuito del "shunt".
Si hay una gran resistencia de contacto en los puntos 1 y 2, aumenta
la resistencia del "shunt" y también lo hace,
hasta llegar a un valor excesivo, la corriente que circula a través
del indicador. Este peligro se elimina si se adopta el circuito
de la Figura 4B, en el que la resistencia de contacto está
en serie con el circuito del instrumento.
Fig.
5 - . Conexión simple de "shunts" para varios
alcances.
Puesto que el "shunt" siempre se conecta en forma directa
al circuito de alta corriente (3 - 4) y el indicador sólo
al "shunt" (1-2), el aumento de la resistencia de contacto
en los puntos 3 ó 4 reducirá la corriente a través
del circuito de alta intensidad. Una falla en los contactos 1
ó 2 dará como resultado nada más que un aparente
aumento de la resistencia interna del instrumento.
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