Dispositivos de Medidas

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Tema 5 Dispositivos de medida ÍNDICE 1. Aparatos de medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. Aparatos electromagnético de cuadro móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3. Instrumentos electromagnéticos de hierro móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4. Aparatos electrodinámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5. Aparatos térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6. Aparatos de inducción y electrostáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7. Voltímetros y amperímetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Voltímetro de cuadro móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Amperímetro de cuadro móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Voltímetro de hierro móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Amperímetro de hierro móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Voltímetro electrodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Amperímetro electrodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 8. Vatímetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 13 Vatímetro electrodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 9. Fasímetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 10. Aparatos de medidas especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Amperímetro de máxima lectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Amperímetro de máxima lectura con contacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Amperímetro doble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 19 Amperímetro doble com máxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Voltímetro con contacto de máxima y mínima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 11. Frecuencímetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 21 12. Potencia reactiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 13. Aparatos especiales para grupos electrógenos en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 14. Diferencias constructivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 15. Símbolos usados en los aparatos de medir corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25













Curso virtual: Electricidad industrial

Tema 5 Dispositivos de medida 1. APARATOS DE MEDIDA amperímetros,, voltímetros voltímetros,, vatímetros y los Industrialmente se emplean los amperímetros contadores,, para determinar la intensidad de una corriente, contadores corriente, tensión que existe entre dos conductores, conductores, la potencia que consume un receptor y energía que desarrolla una corriente eléctrica. eléctrica . Son aparatos de construcción robusta, dimensiones reducidas, montaje fácil y de lectura directa. En laboratorios se emplean aparatos más delicados, sensibles a las condiciones físicas y precisos con las corrientes débiles, se llaman galvanómetros galvanómetros.. Esencialmente el principio de funcionamiento de todos los aparatos de medida es el graduado, mismo, al paso de la corriente se mueve una aguja sobre un cuadrante graduado, siendo proporcional la desviación de la aguja con la intensidad de corriente que pasa. Así pues el estudio de los aparatos de medida se basa en las diferencias físicas entre unos aparatos y otros, ya que el principio físico es el mismo para casi todos, el electromagnetismo,, aunque también, existen algunos pocos basados en otras electromagnetismo propiedades de la corriente eléctrica, como es el calor, o la inducción. Los aparatos electromagnéticos pueden ser: - De cuadro móvil e imán fijo - De bobina fija y de hierro móvil - Electrodinámicos - Térmicos - De inducción

2. APARATOS ELECTROMAGNÉTICOS DE CUADRO MÓVIL. MÓVIL. Consta de un imán permanente fijo en la carcasa del aparato y de una bobina en forma de cuadro colocada entre los dos polos del imán, esta bobina va montada sobre un eje para que pueda girar libremente sobre sus ejes, solidaria con la bobina de cuadro está la aguja que se mueve dentro de un sector graduado, graduado, las divisiones de este sector son proporcionales a la cantidad de corriente que pasan por














La bobina de cuadro al ser móvil necesitan que haya una unión del principio y el final de la bobina con la parte estática, esta unión se hace a través de dos conductores en forma de muelle, que a la par que comunican la corriente sirven de muelles antagonistas, que amortigüen las oscilaciones de la aguja, la aguja tiene un pequeño brazo en forma de cruz, donde se colocan unos contrapesos para equilibrar la aguja. En el cristal de protección, y sobre el mismo eje de la aguja hay un tornillo con una leva excéntrica que girándolo con gran cuidado sirve para colocar la aguja en el cero de inicio de lectura, este ajuste solo es preciso hacerlo la primera vez que se coloca el instrumento en el cuadro de medida, no conviene tocarlo mucho porque se puede estropear de no hacerlo siempre con sumo cuidado.

Figura 1 APARATO ELECTROMAGNÉTICO DE CUADRO MÓVIL

A fin de aumentar la fuerza del campo magnético, dentro de la bobina de cuadro se coloca un cilindro de hierro dulce, que no se representa en la figura. Los aparatos de cuadro móvil requiere que, para que se produzca el efecto de desplazamiento de la aguja, la corriente que circule por la bobina sea continua y siempre en el mismo sentido, es decir que los bornes del aparato de medida tiene que ir marcada la polaridad de entrada de corriente con el signo +. En caso de equivocación, el desvío de la aguja se produce hacia el lado contrario de la escala graduada.














Para reconocer si un aparato de medida es de cuadro móvil se buscará en la carátula el cualquiera de estos dos símbolos

Figura 2 Símbolo para aparato de medida de cuadro móvil

Se construyen algunos pocos de estos tipos de aparatos con el cero en el centro de la escala, para que la aguja se desplace hacia el lado positivo o negativo de la escala. Si por error se conecta a corriente alterna, la aguja no se desplaza desde el lado positivo al negativo, se queda vibrando en el cero, desplazándose apenas unas décimas de milímetros. Los aparatos electromagnéticos de cuadro móvil son para corriente continua se puede emplear para corriente alterna siempre que se intercale un rectificador de corriente, lo que provoca una ligera desviación de la aguja debida a la caída de tensión en el rectificador, por lo que el sector graduado tendrá dos escalas una para la corriente continua y otra para la alterna. Corriente Continua En español En inglés

CC DC

Corriente alterna

CA AC

La sensibilidad o el grado de precisión de estos aparatos es grande, o muy precisos,, según se quiera decir, precisos decir, se llaman buenos aparatos aquello que tiene una bobina móvil con una resistencia de 20.000 ohmios (20 K ), y de baja calidad todos los que tengan una resistencia menor (8 K ). El consumo de este tipo aparato es mínimo, por lo son muy empleados en la búsqueda de averías en receptores de muy bajo consumo, generalmente en forma de aparato portátil con conmutador para medir, voltaje, resistencia, corriente, tanto en CC como en CA y con variación de escalas.

En los aparatos de medida, se coloca uno de estos seis números para indicar la














3. INSTRUMENTOS ELECTROMAGNÉTICOS DE HIERRO MÓVIL La parte fija la constituye una bobina, 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. 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 t iempo pierde elasticidad. 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.

Figura 3 APARATO ELECTROMAGNÉTICO DE HIERRO MÓVIL
















Para reconocer si un aparato de medida es de hierro móvil se buscará en la carátula el símbolo de la figura 4

Figura 4 Símbolo de aparato de medida de hierro móvil

4. APARATOS ELECTRODINÁMICOS Estos aparatos tienen dos bobinas, bobinas, una fija de hilo grueso y otra móvil de hilo fino,, colocada esta en el interior de la bobina fija, cuando circula corriente por las fino bobinas, el campo creado por la bobina fija H1 y el creado por la bobina H2 de la bobina móvil se orientan dé manera que coincida sus campos magnéticos (Figura 5).














Para reconocer si un aparato de medida es electrodinámico se buscará en la carátula el símbolo de la figura 6

Figura 6 Símbolo para aparato de medida electrodinámico

5 APARATOS TÉRMICOS 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. Los alargamientos son siempre muy pequeños, de manera que las diferencias entre unos y otros tipos están en la forma de utilizar este alargamiento, como tipo base de todos ellos se utiliza el de la figura 4, con un hilo en los puntos A y B sobre el cual se enrolla debidamente aislado el conductor a b para que se caliente al circular la corriente y se produzca el 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.














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. usados. El símbolo que en instrumentación se utiliza para reconocer un aparato de medida es térmicos se buscará en la carátula el de la figura 8

Figura 8 SÍMBOLO PARA APARATO DE MEDIDA TÉRMICO

6. APARATOS DE INDUCCIÓN Y ELECTROSTÁTICOS 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, 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.














Principalmente se utilizan como voltímetros, voltímetros, y se representan colocando en la carátula del instrumento el símbolo de la figura 10

Figura 10 SÍMBOLO PARA APARATO DE MEDIDA POR INDUCCIÓN Y ELECTROSTÁTICO

En el mismo principio se basa la pértiga de tensión de lámpara neón, neón, al aproximar la barra al cable de alta, se enciende para indicar la presencia de tensión en el cable.

Figura 11 CABEZA DE PÉRTIGA DE ALTA TENSIÓN

7. VOLTÍMETROS Y AMPERÍMETROS Todos los aparatos se pueden usar como voltímetro o amperímetro, sin embargo requiere que se hagan unos ajuste en ellos para usarlo exclusivamente como de un tipo voltímetros, que se colocan entre un conductor de ida y otro de o de otro, en los voltímetros, vuelta, la preocupación principal es que no se desvíe mucha corriente por ellos, por lo que sus bobinas se construyen con hilo muy fino y de muchas vueltas a fin de ofrecer














Voltímetro de cuadro móvil Para que la bobina de cuadro pueda girar, es preciso que tenga poco peso, por lo que la intensidad de corriente debe ser limitada, suele llevar en serie con el cuadro, resistencias bobinadas, bobinadas, la conexión del voltímetro puede ser cualquiera de las indicadas en la figura 12

Figura 12 CONEXIONES DE VOLTÍMETRO
















Amperímetro de cuadro Los amperímetros amperímetros de cuadro se pueden conectar conectar directamente, siempre siempre que la corriente sea de poca poca intensidad, porque porque al ser su bobina tan fina ni siquiera soporta soporta un amperio, por lo que, trabajan con resistencias en paralelo con la bobina de cuadro. Esta resistencia va montada en el interior del aparato. Esta resistencia interior es independiente de otra que se pone fuera a la que se llama Shunt (figura 16)














El Shunt es una resistencia como el de la figura 16 con más apariencia de pieza de bornes, que de resistencia, como se observa e la figura mencionada.

Figura 16 SHUNTS

Voltímetro de hierro móvil Al ser la bobina de mayores dimensiones, dimensiones, por lo general, no necesita la resistencia en serie, se puede conectar directamente a Red, pero debe protegerse con cortacircuito, ya que en caso de que se produzca un fallo de aislamiento se produciría un corto circuito en la entrada de corriente que podría ocasionar una avería muy importante. Por lo general, el voltímetro se coloca siempre con un interruptor para tenerlo desconectado, la mayor parte del tiempo, tan sólo se conecta en el momento de proceder a su lectura, a veces incluso se coloca pulsador en vez de interruptor, lo más normal es que se coloque conmutador de varias posiciones para medir entre las distintas fases, o entre las distintas fases más el neutro, y posición de apagado.














18 VOLTÍMETRO DE HIERRO MÓVIL CON CONMUTADOR INCORPORADO

Amperímetro de hierro móvil Se construyen con hilo muy grueso, capaz de soportar hasta un 300 % la intensidad máxima permitida, no necesitan protección, se conectan permanentemente y uno por cada fase (Figura 19).














Voltímetro electrodinámico Cuando se construye como voltímetro, la bobina móvil se coloca en serie con la fija, añadiendo además una resistencia para limitar la intensidad de corriente (Figura 17)

Figura 21 ESQUEMA DE VOLTÍMETRO ELECTRODINÁMICO

Amperímetro electrodinámico Para hacerlo funcionar como amperímetro, la corriente de la bobina móvil se logra mediante una desviación del circuito, según la figura 22














Haciendo que la corriente que circula por la bobina fija, sea atravesada por la corriente del circuito a medir, y que la corriente de la bobina móvil sea proporcional a la tensión de dicho circuito, el ángulo de giro de la bobina móvil será proporcional al producto de ambas, y por ellos, la potencia consumida por el circuito. Los esquemas de la figura 24, son de tres formas diferentes de conectar los vatímetros monofásicos: Conectado de forma directa Con transformador de intensidad y toma de tensión directa Con transformador de intensidad y transformador tr ansformador de tensión.

Figura 24 TRES FORMAS DE CONECTAR EL VATÍMETRO
















En cualquier caso la potencia total se obtiene por medio de dos vatímetros montados dentro de un solo aparato, como muestran las figuras del dibujo 25

Figura 25 VATÍMETRO TRIFÁSICO EN MONTAJE DIRECTO Y CON TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD














Este valor en corriente monofásica se determina por la fórmula P

cosϕ

=

V . I

De la fórmula de la potencia trifásica P = 3 V.I. cos

se deduce que:

P

cosϕ

=

3.V . I

fasímetro,, son Los aparatos que determinan directamente el valor de cos se llaman fasímetro














Actualmente los fasímetros también se construyen utilizando componentes electrónicos. En la figura 29, se observa que el inicio de lectura (Que corresponde al factor 1), está en el centro de la escala, siendo la lectura hacia la derecha la que indica el valor positivo del coeficiente inductivo y la lectura hacia la izquierda el valor negativo del coeficiente capacitativo, donde no debe de marcar. Para eliminar el valor negativo la solución es desconectar condensadores, condensadores, para hacer que el valor de la inductancia inductancia no sea alto (próximo (próximo a 0,5) se colocan condensadores. condensadores. Mantener el factor de potencia entre unos límites aceptables, se consigue sólo con condensadores. Se dice que un circuito es de Bajo Factor (BF (BF)) cuando su valor es próximo a 1 y Alto Factor (AF (AF)) cuando es próximo a 0,5. (Cuando el factor de potencia sea tan alto que llegue a 0'4, las compañías de suministro eléctricos está autorizadas, previo expediente,














Cuando el consumo baja, desciende la aguja normal (negra), quedando señada lectura máxima hasta que se actúa sobre el botón (figura 30).














Amperímetro doble, uno electromagnético y otro de máxima (Figura 32) Lleva dos agujas opuestas y dos escalas en una única carátula, una aguja se mueve poe debajo y la otra en un nivel superior
















Voltímetro con contacto de máxima y mínima (Figura 34) Siempre que se alcance el voltaje máximo (posicionado mediante regulador) se encenderá el piloto de máxima. Cuando baje la tensión de la posición establecida se encenderá el piloto de mínima. Son voltímetros especiales para grupos electrógenos y













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11. FRECUENCÍMETRO Existen dos tipos de vibración y analógicos analógicos,, los de vibración consiste en una serie de láminas con su extremidad pintada de blanco para mejor visualización. Colocadas las














12. POTENCIA REACTIVA reactiva, esta En corriente alterna se produce una potencia activa y una potencia reactiva, última perjudicial para el transporte de la energía. La energía reactiva se mide en














Los aparatos que se muestran a continuación en la figura 40 son para este fin, los cuales no se describen; porque de alguna forma ya se ha hecho anteriormente, y sería repetitivo. No obstante aparece uno nuevo, sin numeración en la carátula, este halla la diferencia entre la tensión de un y el otro indicando cual de los dos es mayor, el














Las medidas comerciales son: Cuadrados:

Rectangulares

48 x 48

80 x 64



























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