Mediciones Electricas: El Amperimetro y El Voltimetro

El Amperímetro

Un amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. En términos generales, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente), con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt". Disponiendo de una gama de resistencias shunt, se puede disponer de un amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico.

ya que en la actualidad los amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la medida de la caída de tensión en un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los cálculos para presentar en un display numérico el valor de la corriente eléctrica circulante.

Esquema de un amperímetro analógico

Clases de Amperímetros

Los sistemas de medida más importantes son los siguientes: magnetoeléctrico, electromagnético, electrodinámico y digital, cada una de ellas con su respectivo tipo de amperímetro.

Amperímetros Magnetoeléctricos

Para medir la corriente que circula por un circuito se tiene que conectar el amperímetro en serie con la fuente de alimentación y con el receptor de corriente. Así, toda la corriente que circula entre esos dos puntos va a pasar antes por el amperímetro. Estos aparatos tienen una bobina móvil que está fabricada con un hilo muy fino (aproximadamente 0,05 mm de diámetro) y cuyas espiras, por donde va a pasar la corriente que se quiere medir, tienen un tamaño muy reducido. Por todo esto, se puede decir que la intensidad de corriente, que va a poder medir un amperímetro cuyo sistema de medida sea magnetoeléctrico, va a estar limitada por las características físicas de los elementos que componen dicho aparato. El valor límite de lo que se puede medir sin temor a introducir errores va a ser alrededor de los 100 miliamperios, luego la escala de medida que se va a usar no puede ser de amperios sino que debe tratarse de miliamperios. Para aumentar la escala de valores que se puede medir, se puede colocar resistencias en derivación, pudiendo llegar a medir amperios (aproximadamente hasta 300 amperios). Las resistencias en derivación pueden venir conectadas directamente en el interior del aparato o se pueden conectar externamente.

Amperímetros Electromagnéticos

Están constituidos por una bobina que tiene pocas espiras pero de gran sección. La potencia que requieren estos aparatos para producir una desviación máxima es de unos 2 vatios. Para que pueda absorberse esta potencia es necesario que sobre los extremos de la bobina haya una caída de tensión suficiente, cuyo valor va a depender del alcance que tenga el amperímetro. El rango de valores que abarca este tipo de amperímetros va desde los 0,5 A los 300 A. Aquí no se pueden usar resistencias en derivación ya que producirían un calentamiento que conllevaría errores en la medida. Se puede medir con ellos tanto la corriente continua como la alterna. Siendo solo válidas las medidas de corriente alterna para frecuencias inferiores a 500 Hz. También se pueden agregar amperímetros de otras medidas eficientes.

Amperímetros electrodinámicos

Los amperímetros con sistema de medida "electrodinámico" están constituidos por dos bobinas, una fija y una móvil.

Amperímetros digitales

Estos amperímetros utilizan una resistencia de derivación y un convertidor analógico-digital (ADC)

Utilización de los Amperimetros

Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperímetro, por lo que éste debe colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. El amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible con la finalidad de evitar una caída de tensión apreciable (al ser muy pequeña permitirá un mayor paso de electrones para su correcta medida). Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, están dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.

En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que podrían soportar los delicados devanados y órganos mecánicos del aparato sin dañarse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por éste una fracción de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt. Aunque la mayor parte de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la intensidad total por lo que el galvanómetro se puede emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios.

La pinza amperimétrica es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la intensidad de la corriente.

figura 1

En la figura 1 se muestra la conexión de un amperímetro (A) en un circuito, por el que circula una corriente de intensidad (I), así como la conexión del resistor shunt (R_S).

El valor de R_S se calcula en función del poder multiplicador (n) que se quiere obtener y de la resistencia interna del amperímetro (R_A) según la fórmula siguiente:

Así, supongamos que se dispone de un amperímetro con 5 Ω de resistencia interna que puede medir un máximo de 1 A (lectura a fondo de escala). Si se desea que pueda medir hasta 10 A, lo que implica un poder multiplicador de 10. La resistencia R_S del shunt deberá ser:

Ventajas y desventajas de los Instrumentos analógico y digital

Ventaja: precisión

A diferencia de los medidores analógicos, los digitales no requieren de averiguar exactamente lo que la lectura de la aguja esté marcando con el fin de obtener el voltaje, amperes u ohms. En su lugar, toman una precisa lectura, generada por computadora y la muestran en una pantalla. Aunque las computadoras no son infalibles, los procesadores de medidores digitales son muy confiables y no requieren que realices los cálculos. Además, la precisión de la lectura de un medidor analógico depende en gran medida del lector y su competencia para leer medidores analógicos. Un medidor digital no depende de su usuario de tal manera.

Desventaja: Fluctuaciones de Medición

Los medidores analógicos tienen la ventaja de que, cuando las lecturas fluctuantes existen, son capaces de medir estas fluctuaciones. La aguja del medidor analógico se moverá desde una posición a otra constantemente con el fin de representar a la fluctuación. Cuando existe una fluctuación, un medidor digital no es capaz de representar la variación, sino que registra un error o calcula una lectura. A pesar de esto, el único tipo de fluctuaciones que un medidor analógico puede medir son las fluctuaciones de baja frecuencia, lo que no deja a los medidores digitales en una gran situación de desventaja.

El Voltímetro

El Voltímetro es un instrumento que sirve para medir diferencia de potencial (voltaje) entre dos puntos de un circuito eléctrico. Para poder efectuar esta medida se coloca en paralelo entre los puntos cuyo voltaje se desee medir. El voltímetro está constituido por un galvanómetro (instrumento que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica) y por una resistencia serie.

Clasificación de los Voltímetros

Podemos clasificar los voltímetros por los principios en los que se basa su funcionamiento:

Voltímetros Electromecánicos

Estos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos para corriente continua y para corriente alterna.

Voltímetros Vectoriales

Se utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan una indicación de su fase. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de aparatos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general. Son dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.

Voltímetros Digitales

Dan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autorrango y otras funcionalidades.

El sistema de medida emplea técnicas de conversión analógico-digital (que suele ser empleando un integrador de doble rampa) para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica LCD.

El primer voltímetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "Non-Linear Systems" (y posteriormente fundador de Kaypro) en 1954.

Esquema Eléctrico del Voltímetro Digital

Voltímetros Electrónicos

Los voltímetros electrónicos cuentan con un amplificador que proporciona la relación entre el voltaje y la intensidad de corriente de entrada permitiendo realizar mediciones sin alterar prácticamente las características del mismo, es decir, que tiene un consumo de corriente muy pequeño y posee mayor sensibilidad.

Uso del Voltimetro

Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue el momento necesario para el desplazamiento de la aguja indicadora.

Figura a . Conexión de un voltímetro en un circuito.

En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento.

En la Figura a se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia de potencial.

En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total.

A continuación se ofrece la fórmula de cálculo de la resistencia serie necesaria para lograr esta ampliación o multiplicación de escala:

donde N es el factor de multiplicación (N≠1)

R_a es la Resistencia de ampliación del voltímetro
R_v es la Resistencia interna del voltímetro

Ventajas y Desventajas de los Voltimetros Digitales y Analógicos

Voltímetros Analogico:

1) ventajas: tiene una mejor lectura y no desprecia ninguna cantidad. Solo debe estar bien callibrado y de ser posible contener un espejo detras de la aguja para hacer una lectura correcta.

2) desventajas: La lectura se atiene a un numero reducido de margen de error y es el mismo en el q esta calibrada la escala. ejemplo: si mide cada 1volts, el margen de error no es demasiado grande, pero si mide cada 2 o mas volts, el margen se agranda y si la aguja queda entre dos rayas nos dara una lectura insegura y tendremos q aplicar nuestra apreciacion (lo cual es algo peligroso a veces).
la aguja tiene una tendencia a bajar rapidamente debeido a la fuerza de gravedad, y tiene un cierto grado de error debido a eso.

Voltímetros Digitales:

1) ventajas: la lectrua por lo general se establece en un numero definido, con un margen de rror conciderable.

2) desventajas: La lectura varia constantemente pq obviamente este sistema mide con una velocidad asombrosa y detecta practicamente todas las pequeñas oscilaciones de la tension y la corriente.

el margen de error es muy grande debido a q no sabemos q criterio toma el aparato para despreciar las cifras significativas de los ultimos digitos.

ni sabemos cuantos digitos mas habria detras. entre otros problemas la alimentacion de esos sitemas debe ser muy buena, y estable pues sino tambien afecta.

El Multímetro o Tester:

Un multímetro, también denominado polímetro, o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras.

Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).

Aunque los detalles del circuito varían de un instrumento a otro, un multímetro electrónico generalmente contiene los siguientes elementos:

Amplificador de cd de puente–equilibrado y medidor indicador.
Atenuador de entrada o interruptor de RANGO, para limitar la magnitud del voltaje de entrada al voltaje deseado.
Sección de rectificación para convertir el voltaje de ca de entrada en voltaje de cd proporcional.
Batería interna y un circuito adicional para proporcionar la capacidad para medir resistencias.
Interruptor de FUNCIÓN, para seleccionar las distintas funciones de medición del instrumento.

Además el instrumento suele incluir una fuente de alimentación para su operación con la línea de ca y, en la mayoría de los casos, una batería para operarlo como instrumento portátil de prueba.

Multímetro o Polímetro Analógico

Multímetro Analógico

Multímetro analógico

1. Las tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente continua (D.C.), de izquierda a derecha, los valores máximos que podemos medir son: 500 μA, 10 mA y 250 mA (μA se lee microamperio y corresponde A=0,000001 A y mA se lee miliamperio y corresponde a A=0,001 A).

2. Vemos 5 posiciones, para medir tensión en corriente continua (D.C.= Direct Current), correspondientes a 2.5 V, 10 V, 50 V, 250 V y 500 V, en donde V=voltios.

3. Para medir resistencia (x10 Ω y x1k Ω); Ω se lee ohmio. Esto no lo usaremos apenas, pues observando detalladamente en la escala milimetrada que está debajo del número 6 (con la que se mide la resistencia), verás que no es lineal, es decir, no hay la misma distancia entre el 2 y el 3 que entre el 4 y el 5; además, los valores decrecen hacia la derecha y la escala en lugar de empezar en 0, empieza en (un valor de resistencia igual a significa que el circuito está abierto). A veces usamos estas posiciones para ver si un cable está roto y no conduce la corriente.

4. Como en el apartado 2, pero en este caso para medir corriente alterna (A.C.:=Alternating Current).

5. Sirve para comprobar el estado de carga de pilas de 1.5 V y 9 V.

6. Escala para medir resistencia.

7. Escalas para el resto de mediciones. Desde abajo hacia arriba vemos una de 0 a 10, otra de 0 a 50 y una última de 0 a 250.

Multímetros con funciones avanzadas

Multímetro analógico

Más raramente se encuentran también multímetros que pueden realizar funciones más avanzadas como:

· Generar y detectar la frecuencia intermedia de un aparato, así como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintonía de circuitos de estos aparatos. Permiten el seguimiento de la señal a través de todas las etapas del receptor bajo prueba.

· Realizar la función de osciloscopio por encima del millón de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resolución.

· Sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multímetros, para hacer medidas de potencia puntual (Potencia = Voltaje * Intensidad).

· Utilización como aparato telefónico, para poder conectarse a una línea telefónica bajo prueba, mientras se efectúan medidas por la misma o por otra adyacente.

· Comprobación de circuitos de electrónica del automóvil. Grabación de ráfagas de alto o bajo voltaje.

· Un polímetro analógico genérico o estándar suele tener los siguientes componentes:
· Conmutador alterna-continua (AC/DC): permite seleccionar una u otra opción dependiendo de la tensión (continua o alterna).
· Interruptor rotativo: permite seleccionar funciones y escalas. Girando este componente se consigue seleccionar la magnitud (tensión, intensidad, etc.) y el valor de escala.
· Ranuras de inserción de condensadores: es donde se debe insertar el condensador cuya capacidad se va a medir.
· Orificio para la Hfe de los transistores: permite insertar el transistor cuya ganancia se va a medir.
· Entradas: en ellas se conectan las puntas de medida.

Habitualmente, los polímetros analógicos poseen cuatro bornes (aunque también existen de dos), uno que es el común, otro para medir tensiones y resistencias, otro para medir intensidades y otro para medir intensidades no mayores de 20 amperios.

Como Medir con el Multímetro Digital

            El multímetro digital es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos.

            Leyendo el instructivo: Es importante leer el instructivo del fabricante para asegurar el buen funcionamiento del instrumento y evitar accidentes en el operario.

Ventajas sobre el multímetro analógico: Una palabra lo dice todo, exactitud.

Midiendo Tensiones

Para medir una tensión, colocaremos las bornas en las clavijas, y no tendremos más que colocar ambas puntas entre los puntos de lectura que queramos medir. Si lo que queremos es medir voltaje absoluto, colocaremos la borna negra en cualquier masa (un cable negro de molex o el chasis del ordenador) y la otra borna en el punto a medir. Si lo que queremos es medir diferencias de voltaje entre dos puntos, no tendremos más que colocar una borna en cada lugar.

Midiendo Resistencias

El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir tensiones. Basta con colocar la ruleta en la posición de ohmios y en la escala apropiada al tamaño de la resistencia que vamos a medir. Si no sabemos cuantos ohmios tiene la resistencia a medir, empezaremos con colocar la ruleta en la escala más grande, e iremos reduciendo la escala hasta que encontremos la que más precisión nos da sin salirnos de rango.

Midiendo Intensidades de Corriente

El proceso para medir intensidades es algo más complicado, puesto que en lugar de medirse en paralelo, se mide en serie con el circuito en cuestión. Por esto, para medir intensidades tendremos que abrir el circuito, es decir, desconectar algún cable para intercalar el tester en medio, con el propósito de que la intensidad circule por dentro deltester. Precisamente por esto, hemos comentado antes que un tester con las bornas puestas para medir intensidades tiene resistencia interna casi nula, para no provocar cambios en el circuito que queramos medir.

Para medir una intensidad, abriremos el circuito en cualquiera de sus puntos, y configuraremos el tester adecuadamente (borna roja en clavija de amperios de más capacidad, 10 A en el caso del tester del ejemplo, borna negra en clavija común COM).

Una vez tengamos el circuito abierto y el tester bien configurado, procederemos a cerrar el circuito usando para ello el tester, es decir, colocaremos cada borna del tester en cada uno de los dos extremos del circuito abierto que tenemos. Con ello se cerrará el circuito y la intensidad circulará por el interior del multímetro para ser leída.