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INICIO : Electrotecnia para aplicaciones industriales

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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

ÓHMETROS

El galvanómetro ( ver temas relacionados) funciona cuando pasa una corriente eléctrica a través de él. Para medir una magnitud pasiva, como el caso de una resistencia, se debe disponer de una corriente eléctrica que pase por la resistencia y por el galvanómetro (una resistencia alta dará lugar a una corriente baja y una resistencia baja producirá una corriente elevada, por lo cual la escala de medida de, resistencias añadida a un galvanómetro irá inevitablemente en sentido contrario).

En la figura siguiente se indica una forma de realizar las conexiones, donde la resistencia a medir se conecta entre X e Y.

Figura - Diseño de un ohmímetro

Si la resistencia es cero (un hilo de cobre fino, por ejemplo), se juntan los terminales X e Y, y entonces el galvanómetro debe estar protegido para que no se produzca una corriente más grande que la máxima permitida; para este propósito se utiliza la resistencia R. Si la intensidad máxima permitida es de 40 mA, con los valores indicados en la figura anterior, la resistencia R tendrá un valor de 55 Ω (E = I(R + 20), teniendo cuidado con las unidades). Con una resistencia de valor cero deben pasar por el galvanómetro 40 mA y la aguja marcará el último punto de la escala, con lo cual este punto indicará el cero en la escala de resistencia.

De forma análoga, si X e Y no están unidos, es decir, que la resistencia es infinita, el galvanómetro indicará una corriente nula y su posición deberá corresponder con la marca (infinito) en la escala de resistencia. Los valores que hay entre O e se deben hallar, yendo de derecha a izquierda. Esta tarea es relativamente fácil si nos fijamos en que en la figura arriba la resistencia total de 55 + 20 = 75 Ω provoca una corriente de 40 mA, estando unidos los terminales X e Y por medio de una resistencia nula. Por tanto, una resistencia adicional de 75 Ω conectada entre X e Y reducirá la corriente a la mitad, significando esto que 75 Ω en la escala de resistencia caerá justo en la marca de 20 mA de la escala de corriente.

De igual forma se pueden obtener las demás divisiones de la escala de resistencia. En la figura siguiente se representa el resultado de realizar estas operaciones para el caso del circuito anterior. Para obtener medidas por encima de 1.000 Ω se necesitaría un galvanómetro más sensible.

Figura -Escalas de corriente, de voltaje y de resistencia en un multímetro.

Una característica curiosa de la escala de resistencias es que las divisiones no son iguales, no es una escala lineal. De hecho, si no fuera así, nunca sería posible llegar a la marca de . En la práctica habrá una resistencia variable en serie con R, utilizada para realizar el ajuste del cero, para permitir cambios en la f.e.m. de las pilas.

En su configuración básica, un óhmetro es un voltímetro con una resistencia serie variable conectada a una fuente de tensión constante. La resistencia serie variable, o una parte de ella, representa el resistor desconocido a determinar. Por consiguiente, la deflexión del indicador es una función del valor de la resistencia incógnita. Ésta se indica en una escala calibrada en ohms. Los circuitos básicos para medir alta y baja resistencia son los que se representan en las Figuras 19 y 20, respectivamente.

Fig. 19 - Circuito de óhmetro para medición de bajas resistencias.

Fig.. 20 - Circuito de óhmetro para medición de elevadas resistencias.

 

En la Figura 19, el indicador con resistencia interna Ri, el resistor paralelo variable, Rp y el resistor serie, Rs constituyen un voltímetro de resistencia total, Rm, relativamente elevada, que se expresa en la siguiente forma

Este circuito voltimétrico mide la caída de voltaje sobre el resistor Rsh, que, a su vez, para una fuente de voltaje constante, E, depende de la resistencia desconocida, Rx a determinar. (La escala del instrumento está calibrada en términos de esta resistencia.) Si Rx es cero (terminales C y D cortocircuitados), el instrumento indicará a plena escala, lo que corresponde a cero ohms ('V' en la escala del instrumento)

AJUSTE DEL CERO

Antes de realizar una medición de resistencia, el instrumento debe ajustarse a cero debido a que la batería podría variar ligeramente según su estado de carga o deterioración. Puesto que Rm es mucho mayor que Rsh, la variación de Rm, no tiene un efecto práctico en la corriente I y, por consiguiente, sobre la caída de voltaje en Rsh. Con todo, permite el ajuste a plena escala del instrumento cuando se cortocircuita Rx. Si Rx es igual a Rsh, la caída de voltaje sobre Rsh será igual a la mitad del valor E de la fuente, y el instrumento deflexionará a mitad de escala. De la rnisma forma, una tercera parte de la deflexión a plena escala se obtendrá; si Rx = 2Rsh. O, un cuarto de la deflexión a plena escala se producirá cuando Rx. = 3Rsh, y así sucesivamente.

Fig. 21 - Escala de óhmetro.

CALIBRACIÓN

Es posible calibrar la escala del óhmetro punto por punto, a fin de obtener la escala alineal representada en la Figura 21 . Al aumentar el valor de Rsh, la resistencia total del instrumento, Rm., no puede dejarse de lado para determinar la calibración de la escala. Corno hecho positivo, la corriente (I ) del óhmetro produce una caída de voltaje entre los terminales A y B que es proporcional a la resistencia

en vez de serlo al resistor "shunt" Rsh, y sólo para Rm.>> Rsh podrá ajustarse

La indicación a mitad de escala es característica para el alcance de un óhmetro. Siempre se la obtiene cuando son iguales las caídas de voltaje sobre Rsh y Rx.

Si se eligen los valores de Rsh de modo que, por ejemplo, la resistencia combinada Rsh' varíe en las relaciones 1:10:100, puede cambiarse también Rx en las relaciones 1:10:100, a fin de obtener deflexiones correctas a mitad de escala. Por consiguiente, un cambio de Rsh' (por variación de Rsh) equivale a un cambio de alcance en la misma relación. Para Rsh = oo (infinito), Rsh' = Rm y, en este caso, la indicación a mitad de escala se obtiene si Rsh' = Rm= Rx .

Éste debería ser el límite para el mayor alcance de Rx., Con todo es posible extender los alcances mucho más aumentando el voltaje y la resistencia serie Rs, que determina la resistencia voltimétrica total, Rm, para llegar a la configuración representada en la Figura 20.

SELECCIÓN DE LOS ALCANCES

Fig. 22. Selección de los alcances del óhmetro.

En un óhmetro, la conmutación de un alcance a otro se basa comúnmente en el cambio simultáneo del resistor "shunt" (Rsh) y del resistor serie (Rs). Por ejemplo, en la Figura 22. se usa una pila de 1,5 volts para los primeros cuatro alcances y una batería de 15 volts para el quinto. En consecuencia, el resistor serie Rs1 que se emplea con la batería de bajo voltaje, debe aumentarse de valor agregándole el resistor serie Rs2. cuando la batería de mayor voltaje es la que alimenta al circuito. En los primeros tres alcances los resistores en paralelo Rsh1, Rsh2 y Rsh3 respectivamente, se conectan en el circuito y para los dos últimos alcances se hacen de valor infinito. En el siguiente ejemplo se indica la determinación sistemática de todos los parámetros del circuito. Se dan los siguientes parámetros:

Los alcances deseados, definidos por la indicación a mitad de escala son

Para los parámetros indicados, la caída de tensión sobre el instrumento es

La corriente total a través del voltímetro para lectura a plena escala (Rx = 0) es

La corriente a través del multiplicador voltimétrico, Rp1 + Rp2 (max), es

La resistencia del multiplicador del voltímetro es

Este resistor se ha dividido en uno fijo, Rp2 de 7.500 oluns y otro variable, Rp1 de 5.000 ohms, a fin de proporcionar el apropiado ajuste de cero. En la posición central del recorrido de la resistencia de ajuste, la resistencia total Rp1 + Rp2 es aproximadamente igual a 10.000 ohms. La resistencia del instrumento con el "shunt" es entonces :

Éste es el límite de los alcances utilizando el resistor serie Rs1 = 22.920 ohms. (Observe que no hay resistencia conectada para R4).

Al aumentar el voltaje desde 1,5 a 15 volts, la resistencia total voltimétrica, Rm2., para una misma corriente Im. a través del voltímetro es :

Y el resistor serie, Rs2, vale

Debido a que R5, es igual a Rm2 el último alcance corresponde a una indicación de 250.000 ohms a mitad de escala, como se deseaba.

MULTÍMETROS

Los amperímetros, voltímetros y óhmetros provistos de shunts y de multiplicadores adecuados para ofrecer varias escalas tienen mucha flexibilidad de uso y son necesarios cuando se necesita hacer medidas de diferentes magnitudes simultáneamente. Sin embargo, en otras aplicaciones es útil combinar escalas diferentes de corriente y de voltaje, e incluso escalas de resistencia también, en un único instrumento de medida llamado multímetro (o polímetro). En la figura siguiente se representa un diseño sencillo de uno de estos aparatos, en el cual se  utilizan terminales separados para corriente y voltajes/resistencias. El lector puede dibujar la conexiones con el conmutador en las posiciones 2, 4 y 7 para comparar con las figuras de los circuitos vistos en otras páginas.

Figura -Diseño de un multímetro.

Con una disposición más elaborada se puede realizar un multímetro con sólo dos terminales. Un multímetro comercial puede tener escala de corriente y voltaje continuos, voltaje alterno y resistencia . Para realizar las medidas de corriente alterna el instrumento debe tener un transformador y un rectificador. Es posible incluir escala de corriente alterna, pero para ello se debe disponer de circuitos y componentes más complicados. Puede disponer de un botón de reset; se trata de un interruptor automático que salta si circula una corriente demasiado grande por el galvanómetro, lo cual es fácil que ocurra en los multímetros si el conmutador de selección está a la izquierda en una posición errónea cuando ha cambiado la medida a realizar. Es aconsejable poner siempre el conmutador en la posición OFF después de utilizarlo o entre diferentes usos. Otra característica útil de algunos multímetros es que tienen un botón de % 2 que duplica la medida en la escala de corriente o de diferencia de potencial cuando es pulsado. Se utiliza cuando la aguja señala una medida pequeña, pero demasiado grande para la escala siguiente; entonces, al pulsar este botón se aumenta la precisión de la medida porque el giro de la aguja se hace más grande. Sin embargo, el usuario debe recordar que se debe dividir por dos la medida que se obtenga de esta forma.

 

 

 

 

 

 

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