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CONCEPTOS DE ELECTROTECNIA PARA APLICACIONES INDUSTRIALES

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MEDICIONES ELÉCTRICAS - PROPIEDADES DE LOS INSTRUMENTOS INDICADORES

MEDICIONES ELÉCTRICAS - PROPIEDADES DE LOS INSTRUMENTOS INDICADORES

Resistencia de los amperímetros y de los voltímetros

Cuando se conecta un instrumento de medida tal como un amperímetro o un voltímetro en un circuito, es muy importante que el instrumento mismo no afecte al valor de la corriente o de la diferencia de potencial que se pretende medir. Para explicar esto último, en el caso de un amperímetro, en la figura siguiente se representa un circuito y se analizan los efectos que se producen al utilizar dos amperímetros diferentes para medir la corriente.

El amperímetro de resistencia más baja sólo ejerce una influencia pequeña en la corriente a medir.

Figura -Efecto que produce un amperímetro en la corriente que se va a medir.

Figura -Efecto que produce un voltímetro en la diferencia de potencial que se va a medir.

En la figura arriba se representa el caso análogo con un voltímetro.

En este caso, cuanto más alta es la resistencia del voltímetro menor efecto tiene en la diferencia de potencial a medir.

Idealmente, el amperímetro debería tener una resistencia nula, y el voltímetro una resistencia de valor infinito, pero ninguno de estos límites es fácil de obtener. Lo que sí debe ocurrir es que las resistencias sean altas o bajas en comparación con las del circuito en el que se va a conectar el instrumento de medida. Como regla general, se puede decir que la resistencia debe ser veinte veces mayor o menor (según el caso) que las del circuito, siendo esto un factor decisivo para elegir el instrumento de medida junto, por supuesto, con la consideración de la gama de valores que es capaz de medir.

Conversión de un galvanómetro en un amperímetro

Si se tiene un galvanómetro cuya escala es de 40 mA y se quiere adaptar para poder medir hasta 4 A, por ejemplo, se debe hacer pasar la mayor parte de la corriente fuera del aparato a través de un shunt, que consiste en una resistencia conectada en paralelo con el aparato. Cuando la corriente es de 4 A, pasa toda por el shunt, excepto 40 mA, y la resistencia se elige de forma que se cumplan esas proporciones exactamente. Se comprueba con un simple cálculo que el shunt debe tener una resistencia de 0,202 Ω. De forma similar se puede elegir la resistencia del shunt adecuada para que el galvanómetro tenga cualquier escala que se necesite. Por ejemplo, para que el galvanómetro anterior pudiera medir hasta 400 mA se necesitaría un shunt de 2,222 Ω. En la figura siguiente se representa cómo se puede añadir un shunt a un galvanómetro básico, y también se indica la disposición eléctrica que esto implica.

Figura -Conversión de un galvanómetro en un amperímetro.

Generalmente los fabricantes suministran varios shunts para ser colocados en cada galvanómetro, con lo cual se pueden utilizar varias escalas. A veces, para evitar tener que multiplicar por 10, 100, 1.000..., las lecturas en la escala básica del galvanómetro, ya viene provisto de dos escalas en las que se puede leer directamente el valor que indica la aguja. En el galvanómetro de la figura siguiente:

Figura -Galvanómetro básico y simbolo del mismo.

Temas relacionados: Aparatos de medida. Galvanómetro

se podría poner, por ejemplo, una segunda escala que fuera de 200- 80 . Cuando se realiza una medida, es muy importante leer adecuadamente en la escala correspondiente, poniendo los ceros que sean necesarios y fijándose en las subdivisiones que haya.

Conversión de un galvanómetro en un voltímetro

Si se tiene un galvanómetro con una resistencia de 20 Ω que puede conducir una corriente de sólo 40 mA, podrá medir una diferencia de potencial de hasta 40 mA x 20 Ω = 800 mV, o 0,8 V (utilizando V = IR). Cualquier diferencia de potencial por encima de ésta produciría una corriente mayor que la máxima de 40 mA.  Para poder hacer frente a voltajes más altos que 0,8 V, se debe colocar una resistencia en serie con el galvanómetro, llamada multiplicador, que pueda limitar la corriente para que no pase de 40 mA.  La resistencia del multiplicador se elige en función de la escala de diferencia de potencial que se necesita medir. Por ejemplo, con una de 180 Ω se podría medir con este galvanómetro un voltaje de hasta 8 V, y con una de 1.980 Ω, hasta 80 V. En la figura siguiente se puede observar cómo hacer una unidad enchufable para convertir el galvanómetro en un voltímetro; también aparece en la figura el esquema eléctrico resultante.

Figura .--Conversión de un galvanómetro en un voltímetro.

Como en el caso del amperímetro, se debe disponer de varios multiplicadores para poder cambiar de escala. La resistencia del multiplicador está en serie con la del galvanómetro, por lo cual éstas se suman dando lugar a 200 Ω para la escala de 8 V y 2.000 Ω para la escala de 80 V. Se trata de resistencias altas, que son adecuadas para los voltímetros.

"Shunts" múltiples

Fig. 6.. Empleo de una llave de doble via para conmutar los alcances.

A fin de poder utilizar el mismo instrumento indicador para diferentes alcances de corriente, es necesario colocar en paralelo con aquél "shunts" de valores apropiados. La conmutación de un "shunt" a otro puede realizarse siguiendo diversos métodos. En la Figura 5 se exhibe la forna más simple de conectar distintos resistores "shunt" en un circuito. Con todo, no es recomendable el empleo de esta técnica porque: 1) la resistencia de contacto queda en el circuito del "shunt", como se explicó previamente y 2) puede circular a través del indicador una corriente instantánea excesiva cuando se conmutan los "shunts" para pasar de un alcance a otro.

Un método más apropiado es el que se indica en la Figura 6 . El circuito de los "shunts" y el del indicador se controlan simultáneamente mediante una llave de dos vías. El indicador se desconecta al cambiar el alcance del instrumento, eliminando de este modo el posible daño que podría ocasionar la circulación momentánea de corriente. Por otra parte, debido al empleo de una llave de dos polos, la resistencia de contacto está en el circuito del indicador más que en el circuito del "shunt".

Fig. 7 - "Shunt" universal .

Otro importante sistema de "shunts" y conmutador de alcance, que se emplea en la mayoría de los multímetros (volt-ohm-miliamperimetros) , es el que se indica en la Figura 7. En cada posición del conmutador de alcances, SW, una parte de la resistencia total constituye el "shunt", mientras que el resto actúa como resistencia serie junto con la interna del indicador. Este circuito se designa a menudo "shunt" universal. Como ejemplo del método de cálculo de un resistor "shunt" para un miliamperímetro de cuatro alcances (Figura 8 ), supongamos que se dan los siguientes parámetros (lecturas a plena escala) :

Fig. 8 - Miliamperímetro de cuatro alcances.

 

Fig. 9 - Conexión en paralelo de los resistores multiplicadores voltimétricos.

Fig. 10 - Conexión en serie de los resistores voltimétricos .

Voltímetro de varios alcances.

Los circuitos selectores para conmutar los alcances de los voltimetros son los que se indican en las Figuras 9 y 10. Los resistores en serie podrán conectarse al indicador en forma individual, como en la Figura 9, o en serie entre sí, como en la Figura 10. En ambos casos, la apertura del circuito voltimétrico durante el pasaje de uno a otro alcance, no hace peligrar al instrumento indicador. Tampoco es necesario observar ninguna precaución especial en lo que concierne a la secuencia de los pasajes entre contacto y apertura de la llave y puede utilizarse cualquier selectora común, ya se trate del tipo "galleta" o de botonera con retén.

Alcances combinados de corriente y voltaje.

Fig. 11 - Combinación de voltímetro y miliamperímetro.

Los diversos alcances de corriente y voltaje pueden seleccionarse con el conmutador indicado en la Figura 11. Al oprimir el pulsador normalmente cerrado, que está en serie con los cuatro resístores "shunt", la sensibilidad aumenta de 1 mA a 100 µA.

La llave selectora de alcances, en particular la encargada de los diversos rangos de corriente, debe estar bien diseñada y tener muy baja resistencia de contacto. Por tal motivo, cuando se emplean "galletas" comunes es recomendable duplicar, e incluso triplicar, los contactos que se utilizarán como conmutadores de corriente.

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