MEDICIONES ELÉCTRICAS - PROPIEDADES DE LOS INSTRUMENTOS INDICADORES

Aparatos básicos de medida : Voltímetro

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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 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 I_o. 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 E_o. 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 I_o, 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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