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Technical Documents - Documentos Técnicos: MEDICIONES ELÉCTRICAS : Sistemas de hierro móvil, de hilo caliente, electrostático. Indicadores de termocupla.

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Sistema de hierro móvil

Los sistemas de hierro móvil son utilizados en mediciones eléctricas para la detección de corrientes y voltajes. Estos sistemas se basan en el principio de la fuerza electromagnética ejercida sobre una bobina o un imán debido al paso de corriente eléctrica.

En un sistema de hierro móvil, se emplea un conjunto compuesto por una bobina y un núcleo de hierro móvil. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la bobina, se genera un campo magnético alrededor de la misma. Este campo magnético interactúa con el núcleo de hierro móvil, generando una fuerza que desplaza al núcleo.

La magnitud de la fuerza generada está relacionada con la corriente eléctrica que circula por la bobina. Por lo tanto, al medir la posición del núcleo de hierro móvil, es posible determinar la corriente eléctrica presente en el sistema.

Los sistemas de hierro móvil se utilizan en diversas aplicaciones de medición eléctrica, como amperímetros y medidores de corriente. Estos instrumentos permiten medir y visualizar la corriente eléctrica de manera precisa.

Es importante destacar que los sistemas de hierro móvil deben ser calibrados adecuadamente para garantizar mediciones precisas y confiables. Además, es necesario tener en cuenta las limitaciones de estos sistemas, como la corriente máxima que pueden medir y el rango de frecuencias en el que son efectivos.

En resumen, los sistemas de hierro móvil son utilizados en mediciones eléctricas para detectar corrientes y voltajes. Estos sistemas se basan en la fuerza electromagnética generada por una bobina al pasar corriente eléctrica, la cual desplaza un núcleo de hierro móvil. Estos sistemas se emplean en amperímetros y medidores de corriente para medir y visualizar la corriente eléctrica de manera precisa.

La parte fija la constituye una bobina, en cuyo interior va alojada y soldada una lámina curvada de hierro dulce. La parte móvil la forma la segunda lámina de hierro dulce, que va unida al eje de acero a la aguja indicadora.

Es el menos costoso de todos los indicadores de lectura directa. Su funcionamiento depende de la atracción o repulsión mutua entre dos segmentos de hierro dulce expuestos al campo magnético -de un solenoide recorrido por la corriente a medir (Figura 1. 6). Al circular corriente por la bobina, las dos paletas se imanan con la misma polaridad y por tanto se repelen entre sí, obteniéndose una fuerza proporcional a la intensidad de la corriente.

La fuerza antagonista, opuesta a la fuerza activa de repulsión entre las paletas, se obtiene por medio de un contrapeso, lo que tiene la ventaja de no depender de un resorte, que con el tiempo pierde elasticidad.

El mecanismo puede díseñarse para medir CC o CA y sus características de calibración dependen de la forma y ubicación de los segmentos de hierro. Es un indicador particularmente apropiado para medir valor efectivo. El mecanismo que se presenta en la Figura 1 -7 es, probablemente, el ejemplo más común de índícadores de hierro móvil.

 

Fig. 1.6. Principios del sistema de hierro móvil.

Una paleta fija (Figura 1.8) repele a otra móvil en una medida que depende de la corriente que circula por la bobina. En instrumentos económicos, el resorte espiral que actúa como carga de retroceso de la aguja índicadora se reemplaza a veces por un imán permanente que actúa como fuerza opositora a la de deflexión. Puesto que estos instrumentos son muy sensibles a las deformaciones del campo magnético, producidas por masas cercanas de hierro o acero, deben estar bien blindados.

Este sistema se utiliza con ventaja en los cuadros de distribución, en los que la posición de funcionamiento permanece invariable para siempre una vez nivelado en el momento de su colocación. Cuando se utiliza de tipo portátil el par antagonista se logra por medio de resortes.

Para evitar las oscilaciones de la aguja existe una pieza en forma de pala, solidaria con la aguja, esta pala se mueve dentro de una caja cerrada sin rozamiento, pero al ser cerrada, el movimiento de la pala comprime el aire con lo que se amortigua las oscilaciones de la aguja.

Cuando se cambia el sentido de la corriente, también cambia la imantación de las dos paletas experimentando igual repulsión, por tanto no se ve afectada por el cambio de polaridad, sirviendo indistintamente para corriente continua y alterna.

Fig. 1.7 - Sistema de hierro móvil.

Fig. 1.8. Relación entre las lengüetas estacionaria y móvil.

Sistema de hilo caliente


El sistema de hilo caliente es utilizado en mediciones eléctricas para detectar corrientes. Se basa en el principio de que todos los conductores, al calentarse, experimentan una dilatación proporcional al calor generado. Este calor, según la Ley de Joule, es proporcional al cuadrado de la corriente que circula a través del conductor, sin importar el sentido de la corriente ni su naturaleza.

En los indicadores de hilo caliente, el valor de la corriente se determina mediante el desplazamiento causado por la dilatación de un fino alambre de platino. Este alambre de platino se calienta debido a la corriente eléctrica que circula a través de él. A medida que la corriente aumenta, el alambre se dilata, y este desplazamiento se utiliza como indicación del valor de la corriente.

El sistema de hilo caliente ofrece varias ventajas en la medición de corrientes eléctricas. Es un método preciso y sensible, capaz de detectar corrientes de baja intensidad. Además, debido a la naturaleza lineal de la dilatación del alambre de platino en relación con la corriente, el sistema de hilo caliente puede proporcionar mediciones precisas y confiables.

Sin embargo, también es importante considerar algunas limitaciones de este sistema. La corriente máxima que puede medirse está determinada por la capacidad de disipación de calor del alambre de platino y la temperatura ambiente. Además, la precisión de la medición puede verse afectada por factores como la resistencia térmica y la estabilidad del alambre.

En resumen, el sistema de hilo caliente se basa en la dilatación de un alambre de platino debido al calentamiento causado por la corriente eléctrica. Este sistema se utiliza para medir corrientes eléctricas y ofrece una medición precisa y sensible. Sin embargo, es importante tener en cuenta las limitaciones relacionadas con la capacidad de disipación de calor y la estabilidad del alambre de platino.

En la Figura 1. 9 se muestra su principio operativo. Los alargamientos son siempre muy pequeños, de manera que las diferencias entre unos y otros tipos están en la forma de utilizar este alargamiento. El movimiento del hilo se transmite a la aguja por medio de un hilo que se enrolla sobre una polea colocada en el mismo eje del giro de la aguja indicadora. Un resorte, que acciona también una polea sobre le citado eje, mantiene siempre en extensión el hilo de transmisión. Se trata de un verdadero indicador de valor eficaz, que permite la medición de corrientes no sinusoidales, porque la deflexión que se obtiene depende del calor disipado (I2R) más que de la corriente (I) . Otra propiedad de este mecanismo indicador es la de que se lo puede aplicar en mediciones de corriente de alta frecuencia, debido a que su impedancia es prácticamente una resistencia óhmica pura y, en consecuencia, independiente de la frecuencia. La calibración de la escala sigue una ley cuadrática (Fig. 1-1 B) .

Fig. 1 .9. Principios del sistema indicador de hilo caliente (CC o CA) .

Estos aparatos no tienen amortiguador pues su movimiento es lento, lo que a veces puede ser un inconveniente. Sin embargo, el principal defecto es su gran consumo necesario para calentar el conductor. Para que no se vea afectada la longitud entre los puntos A y B, todos los materiales que intervienen en la construcción del aparato son de igual coeficiente de dilatación, para que todos sufran la misma dilatación. La principal ventaja de este tipo de aparato es que no le afecta los campos magnéticos exteriores.

Por los defectos expresados y por su elevado coste son poco usados.

Sistema electrostático

El sistema electrostático es utilizado para medir la diferencia de potencial, es decir, el voltaje. A diferencia de otros indicadores, el sistema electrostático se basa en el principio de que dos conductores aislados entre sí se atraen o se repelen cuando están cargados eléctricamente. Este sistema incluye tanto los aparatos electrostáticos como los de inducción.

Es importante destacar que los indicadores electrostáticos son más sensibles a los agentes externos y, por lo tanto, sus mediciones pueden ser menos precisas. Estos aparatos son especialmente susceptibles a las interferencias externas debido a su principio de funcionamiento basado en la interacción de cargas eléctricas. Por esta razón, su estabilidad y precisión pueden verse afectadas.

Una ventaja significativa del sistema electrostático es que permite medir directamente altos voltajes sin necesidad de utilizar transformadores de voltaje. Por lo tanto, estos indicadores se utilizan principalmente para medir la tensión de tierra. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los indicadores electrostáticos no son muy estables y pueden desajustarse con sobretensiones.

El funcionamiento del sistema electrostático se basa en la atracción o repulsión de las fuerzas que surgen entre los electrodos cargados con polaridades iguales o opuestas. Al aplicar una diferencia de potencial, se genera una fuerza electrostática entre los electrodos que se manifiesta como una atracción o repulsión. Estos cambios en las fuerzas eléctricas se utilizan para indicar el valor del voltaje aplicado.

En resumen, el sistema electrostático se utiliza para medir la diferencia de potencial o voltaje. Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción o repulsión entre electrodos cargados eléctricamente. Si bien este sistema permite medir altas tensiones sin transformadores, su estabilidad y precisión pueden verse afectadas por las interferencias externas y las sobretensiones (Figura 1. 10) . Se lo emplea para la medición de elevados voltajes de CC o CA y la escala tiene una calibración alineal. Su característica más sobresaliente es la elevada impedancia de entrada.

Principalmente se utilizan como voltímetros.

Fig. 1.10. Principios del voltimetro electrostático.

Indicadores de termocupla

Los indicadores de termocupla son dispositivos utilizados para medir la temperatura y están compuestos por tres elementos principales: un elemento calefactor, una termocupla y un sistema D'Arsonval, que es un tipo de galvanómetro. El indicador de termocupla es representado en la Figura 1.11.

El funcionamiento de un indicador de termocupla se basa en la conversión de energía en calor. La termocupla, que consta de dos metales diferentes unidos en un extremo, genera una pequeña corriente eléctrica en respuesta a cambios de temperatura. Esta corriente se utiliza para calentar un elemento calefactor dentro del indicador.

La deflexión del indicador termoeléctrico depende de la cantidad de energía que se convierte en calor a través de la termocupla. Por lo tanto, el indicador muestra valores eficaces, al igual que el sistema de hilo caliente mencionado anteriormente. Es importante destacar que la calibración de un indicador de termocupla es no lineal, como se muestra en la Figura 1.12. Sin embargo, este tipo de indicador se puede utilizar tanto para mediciones de corriente continua (CC) como de corriente alterna (CA), incluyendo ondas sinusoidales u ondas más complejas.

En resumen, los indicadores de termocupla son utilizados para medir la temperatura. Estos dispositivos constan de un elemento calefactor, una termocupla y un sistema D'Arsonval. La deflexión del indicador depende de la cantidad de energía transformada en calor a través de la termocupla, lo que permite medir valores eficaces. Aunque la calibración de los indicadores de termocupla es no lineal, pueden utilizarse tanto para mediciones de corriente continua como de corriente alterna.

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Fig. 1.11. Principios del indicador de termocupla.

Fig. 1.12. Escala de instrumento de termocupla (rediofrecuencia )

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