CONCEPTOS DE ELECTROTECNIA PARA APLICACIONES INDUSTRIALES

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MEDICIONES ELÉCTRICAS - INSTRUMENTOS BÁSICOS DE MEDIDA



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INSTRUMENTOS BÁSICOS DE MEDIDA

Los amperímetros, voltímetros, óhmetros y wattímetros son instrumentos que se usan para medir corriente, voltaje, resistencia y potencia, respectivamente. Los instrumentos más simples con que se miden el voltaje y la corriente son los medidores electromecánicos de corriente continua (CC) y de corriente alterna (CA).

El mecanismo sensor más común usado en los amperímetros, voltímetros y óhmetros básicos de corriente continua es un instrumento sensor de corriente que recibe el nombre de mecanismo medidor D'Arsonval o de imán permanente y bobina móvil.  El medidor tiene un imán permanente y una bobina que conduce la corriente. La bobina está en el campo del imán permanente. Cuando hay corriente en ella se produce un par que tiende a hacerla girar. La rotación está restringida por resortes helicoidales de manera que el movimiento de la bobina y por lo tanto, de la aguja indicadora es proporcional a su corriente.

Fig. 1. Sistema indicador D'Arsonval.

Fig. 2. Princípios del mecanismo D'Arsonval: (A) bobina con resorte a espiral y (B) movimiento rotativo.

 

AMPERÍMETROS (AMPERMETROS)

Un amperímetro mide corriente eléctrica. Su escala puede estar calibrada en amperes. miliamperes o microamperes.

Para medir la corriente se inserta un amperímetro en serie con el circuito que se prueba (ver figura); la adición del amperímetro aumenta la resistencia del circuito en una cantidad igual a la resistencia interna del medidor RM.

Según la ley de Ohm, la corriente sin el medidor es

y con el medidor añadido es

a) Corriente verdadera Io,  sin el amperímetro en el circuito

b) Corriente medida Iw, con el amperímetro en el circuito

Fig. : Circuito para la medición de corriente

La exactitud del medidor KA es el cociente de la corriente cuando el medidor está en el circuito (corriente medida), Iw entre la corriente sin el medidor (corriente verdadera), lo es decir

También, al sustituir,

El error de carga porcentual es el error porcentual en la lectura del amperímetro debido a los efectos de carga que resultan al añadir la resistencia del medidor.

Error de carga (%) = (1 - KA)(I00)

Una lectura con el 100% de exactitud significa que el error de carga es 0%. Una lectura con el 99% significa que el error de carga es 1% .

Un segundo error en un amperímetro real es el error de calibración que resulta cuando la carátula del medidor puede no estar marcada exactamente. La especificación de este error se hace con respecto a la corriente de la escala completa. Los valores característicos son de 3% de la corriente de la escala completa.

Ejemplo 1-  Un medidor de 1mA tiene un error de calibración de 3%. Si las corrientes son 1 y 0.25 mA, ¿cuáles son los intervalos de cada lectura del amperímetro?

La desviación de la corriente real es (± 0.03)(1 mA) = ± 0.03 mA. A 1 mA, el amperímetro indicará entre

1 mA ± 0.03 mA = 0.97 a 1.03 mA                                  Respuesta

La lectura fuera de la escala de 1.03 mA significa que 1.03 mA puede producir una lectura de 1 mA. A 0.25 mA, la lectura estaría entre:

0.25 mA ± 0.03 mA = 0.22 a 0.28 mA                             Respuesta

Ejemplo 2-  Encuéntrense la exactitud y el error de carga porcentual de un amperímetro de 10 mA con una resistencia de 200 Ω ( ver figura siguiente ). Encuéntrese también la corriente real Io y la corriente medida Iw.

Usando la ecuación anterior :

El valor de la exactitud de 83.3% nos dice que la lectura del amperímetro es el 83.3% de la corriente verdadera. La precisión es baja porque la resistencia del medidor tiene un valor cercano a la del resistor. Para obtener alta precisión, la resistencia del medidor debería ser mucho menor que la resistencia del circuito.

Fig. Medición de la corriente que circula por un resistor de 1

Derivaciones de los amperímetros

Un amperímetro con corriente de escala completa IM puede tener una derivación conectándole un resistor en paralelo RD, con objeto de medir corrientes mayores que IM (ver figura siguiente). El propósito de una derivación es la ampliación del intervalo de medición del amperímetro, al permitirle medir una corriente mayor que su valor original de la escala completa. Según la ley de la corriente de Kirchhoff,

               ID = IT - IM

Como el voltaje en el resistor de derivación debe ser igual al voltaje en el amperímetro

o sea que

Sustituyendo ID de una ecuación en la otra :

La resistencia de entrada del amperímetro con derivación es :

(resistencias paralelas)

También :

Al calcular la exactitud de un amperímetro con derivación, úsese R'M en lugar de RM.

Ejemplo 3.  Con objeto de medir corrientes hasta de 5 mA se añade una derivación a un amperímetro con resistcncia interna de 50 Ω y una corriente de deflexión de la escala completa de 1 mA. Encuéntrese el valor del resistor de derivación y el valor de la resistencia de entrada del amperímetro con la derivación

(Nótese que no convertimos la corriente de miliamperes en amperes porque la unidad miliampere aparece tanto en el numerador como en el denominador de la fórmula para RD y por lo tanto se cancela.)

La capacidad del amperímetro para medir corriente se amplió de 1 a 5 mA al conectarle una derivación que consiste en un resistor de 12.5 Ω. Esto es un factor de 5, de manera que la resistencia del amperímetro se reduce efectivamente por un factor de 5 ( RM/RM = 50/10 = 5).

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