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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
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
Se basan en el principio de que todos los conductores al calentarse se dilatan, que esta
dilatación es proporcional al calor, y como el calor, según la Ley de Joule, es
proporcional al cuadrado de la corriente, dando lo mismo el sentido de la corriente y la
naturaleza de esta.
En estos indicadores el desplazamiento que indica el valor de la corriente, depende de la dilatación de un fino alambre de platino (que se calienta por la corriente que circula por él) . 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
A diferencia de los anteriores indicadores, el electrostático sólo mide diferencia de potencial (voltaje). Además de los aparatos indicados existen otros basados en el hecho de que dos
conductores aislados uno del otro se atraen o se repelen al estar electrizados, son
los aparatos electrostáticos y los de inducción. Por cuyo motivo les afectan mucho los
agentes exteriores, y sus indicaciones no son muy precisas.
La principal ventaja es la de poder medir directamente altas tensiones sin necesidad
de transformadores de tensión, por lo que casi exclusivamente se utilizan como
indicadores de tierra. No son muy estables y se desarreglan con sobretensiones.
Su funcionamiento se basa en la atracción o repulsión de las fuerzas que aparecen entre electrodos cargados con polaridades iguales u opuestas (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
Un indicador de termocupla consiste en un elemento calefactor, una termocupla y un sistema D'Arsonval (galvanómetro), como puede apreciarse en la Figura 1. 11. La deflexión de un indicador termoeléctrico depende de la cantidad de energía que se transforma en calor; por consiguiente, indica valores eficaces, como sucede con el sistema de hilo caliente. En consecuencia, la calibración de un indicador de termocupla es alineal (Figura 1. 12), pero puede aplicárselo en mediciones de CC o CA. En este último caso puede tratarse de ondas sinusoidales o más complejas.
Fig. 1.11. Principios del indicador de termocupla.
Fig. 1.12. Escala de instrumento de termocupla (rediofrecuencia )
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