Universidad Técnica de Oruro
Facultad Nacional de Ingeniería
Departamento de Física
Oruro - Bolivia
INSTRUMENTOS ELECTRICOS PARA MEDICIONES Principio básico del Amperímetro y oltím oltímetro!" etro!" El amperímetro se basa en que la corriente eléctrica al circular por un cable orma un campo magnético cu!o valor depende de la intensidad de la corriente" #a $uer%a$ de ese campo se puede detectar por la uer%a sobre un im&n situado en ese campo" 'i al im&n se le acopla una agu(a que se mueve sobre una escala cuando gira el im&n) !a tenemos un aparato que detecta el paso de corriente *galvan+metro, ! si lo calibramos con resistencias internas para que se mueva m&s o menos segn la intensidad de corriente) tenemos un amperímetro"
Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que esta circulando por un circui circuito to eléctr eléctrico ico"" Un microam microamper perime imetro tro est& est& calibr calibrado ado en millon millonési ésimas mas de amperi amperioo ! un miliam miliamper períme ímetro tro en milésimas de amperio" 'i .ablamos en términos b&sicos) un amperímetro es un simple galvan+metro con una resistencia en paralelo) llamada $resistencia s.unt$"#os amperímetros tiene una resistencia interna mu! peque/a) por deba(o de 0 o.mio) con la inalidad de que su presencia no disminu!a la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico" En la actualidad los amperímetros utili%an un conversor anal+gico1digital para la medida de la caída de tensi+n en un resistor por el que circula la corriente a medir" #a lectura del conversor es leída por un microprocesador que reali%a los c&lculos para presentar en un displa! numérico el valor de la corriente eléctrica circulante"
CLASI#ICACI$N
M%&netoel'ctrico( 2ara medir la corriente que circula por un circuito tenemos que conectar el amperímetro en serie con la uente de alimentaci+n ! con el receptor de corriente" 3sí) toda la corriente que circula entre estos 4 puntos va a pasar antes por el amperímetro" Estos aparatos tienen una bobina m+vil que esta abricada con un .ilo mu! ino ! cu!as espiras) por donde va a pasar la corriente que queremos medir tienen un tama/o mu! reducido" 2or todo esto) podemos decir que la intensidad de corriente que va a poder medir un amperímetro cu!o sistema sea magnetoeléctrico va a estar limitado por las características ísicas que componen dic.o aparato" Electrom%&n'tico( Est&n constituido por una bobina que tiene pocas espiras pero de gran secci+n" #a potencia que requieren estos aparatos para producir una desviaci+n m&5ima es de 4 vatios" 'e puede medir con ellos tanto la corriente continua como la alterna" Electrodinámico( Esta constituido por 4 bobinas) una i(a ! una m+vil"
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UTILI)ACI$N
'u utili%aci+n es mu! amplia) !a que con independencia de su propia aplicaci+n directa de medida también se emplea como base para la construcci+n de otros instrumentos ) como voltímetros) +.metros) etc" 'u uncionamiento esta basado en uno de los principios undamentales del electromagnétismo que en su orma mas simple nos indica que cualquier corriente eléctrica que pasa por un .ilo conductor produce un campo magnético alrededor del mismo) cu!a uer%a depende de la intensidad de la corriente que circule"
2ara eectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperímetro) por lo que este debe colocarse en serie) para que sea atravesado por dic.a corriente" El amperímetro debe poseer una resistencia interna lo mas peque/a posible con la inalidad de evitar una caída de tensi+n apreciable) pues al ser mu! peque/a permitiría un ma!or paso de electrones para su correcta medida"
OLT*METRO Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la dierencia de potencial entre 4 puntos de un circuito eléctrico" #a tensi+n es dada en voltios" Dependiendo del tipo de tensi+n que se desea medir se debe elegir entre uno de corriente continua o alterna"
CLASI#ICACI$N 2odemos clasiicar los voltímetros por los principios en los que se basa su uncionamiento= >oltímetros electromec&nicos= Est&n constituidos por un galvan+metro cu!a escala voltios" E5isten modelos para corriente continua ! corriente alterna"
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a sido graduada en
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oltímetros electr+nicos( 3/aden un ampliicador para proporcionar ma!or impedancia *magnitud que establece la relaci+n entre la tensi+n ! la intensidad de corriente, de entrada ! ma!or sensibilidad" 3lgunos modelos orecen medidas de $verdadero valor eica%$ para corrientes alternas" #os que no miden el verdadero valor eica% es porque miden el valor de pico a pico"
oltímetros ,ectori%les( 'e utili%an con se/ales de microondas" 3demas del modulo de la tensi+n dan una indicaci+n de su ase" 'e usan tanto por los especialistas ! reparadores de aparatos como por los aicionados en el .ogar para diversos ines"
oltímetros di&it%les( Dan una indicaci+n numérica de la tensi+n" El sistema de medida emplea técnicas de conversi+n anal+gico-digital para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica #?D" El primer voltímetro digital ue inventado ! producido por 3ndre@ Aa! de $Non- #inear- '!stems$ en 0C"
UTILI)ACI$N
2ara eectuar la medida de la dierencia de potencial el voltímetro .a de colocarse en paralelo) esto es) en derivaci+n sobre los puntos entre los que tratamos de eectuar la medida" Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo mas alta posible) a in de que no produ%ca un consumo apreciable) lo que daría lugar a una medida err+nea de la tensi+n" 2ara ello) en el caso de instrumentos basados en los eectos electromagnéticos de la corriente eléctrica) estar&n dotados de bobinas de .ilo mu! ino ! con muc.as espiras) con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue el momento necesario para el despla%amiento de la agu(a indicadora"
MULTITESTER
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Introd-cci+n Esquema 0= 2olímetro Es un aparato mu! vers&til) que se basa en la utili%aci+n de un instrumento de medida) un galvan+metro mu! sensible que se emplea para todas las determinaciones" 2ara poder medir cada una de las magnitudes eléctricas) el galvan+metro se debe completar con un determinado circuito eléctrico que depender& también de dos características del galvan+metro= la resistencia interna .R i/ ! la inversa de la sensibilidad" Esta ltima es la intensidad que) aplicada directamente a los bornes del galvan+metro) .ace que la agu(a llegue al ondo de escala" 3dem&s del galvan+metro) el polímetro consta de los siguientes elementos= #a escala mltiple por la que se despla%a una sola agu(a) permite leer los valores de las dierentes magnitudes en los distintos m&rgenes de medida" Un conmutador permite cambiar la unci+n del polímetro para que acte como medidor en todas sus versiones ! m&rgenes de medida" #a misi+n del conmutador es seleccionar en cada caso el circuito interno que .a! que asociar al instrumento de medida para reali%ar cada medici+n" Dos o m&s bornas eléctricas permiten conectar el polímetro a los circuitos o componentes e5teriores cu!os valores se pretenden medir" #as bornas de acceso suelen tener colores para acilitar que las cone5iones e5teriores se realicen de orma correcta" ?uando se mide en corriente continua) suele ser de color ro(o la de ma!or potencial * o potenci%l 0 , ! de color negro la de menor potencial * o potenci%l "," #a parte i%quierda de la igura * Esquema 1, es la utili%ada para medir en corriente continua ! se puede observar dic.a polaridad" #a parte derec.a de la igura es la utili%ada para medir en corriente alterna) cu!a dierencia b&sica es que contiene un puente de diodos para rectiicar la corriente ! poder inalmente medir con el galvan+metro" El polímetro est& dotado de una pila interna para poder medir las magnitudes pasivas" También posee un a(uste de cero) necesario para la medida de resistencias" 3 continuaci+n se describen los circuitos b&sicos de uso del polímetro) donde la ra!a .ori%ontal colocada sobre algunas variables) como resistencias o la intensidad de corriente) indica que se est& usando la parte i%quierda de la igura * Esquema 1," 3dem&s) los ra%onamientos que se reali%an sobre los circuitos eléctricos usados para que el polímetro uncione como amperímetro o voltímetro sirven también) de orma general) para medir en corriente alterna con la parte derec.a de la igura * Esquema 1,"
Amperímetro
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Esquema 4= amperímetro 2ara que el polímetro traba(e como amperímetro * Esquema 2, es preciso conectar una resistencia en paralelo con el instrumento de medida *vínculo," El valor de depende del valor en amperios que se quiera alcan%ar cuando la agu(a alcance el ondo de escala" En el polímetro aparecer&n tantas resistencias conmutables como valores dierentes de ondos de escala se quieran tener" 2or e(emplo) si se desean escalas de 07miliamperios) 077 miliamperios ! 0 amperio ! de acuerdo con las características internas el instrumento de medida *vínculo,) aparecer&n tres resistencias conmutables" 'i se desean medir corrientes elevadas con el polímetro como amperímetro) se suelen incorporar unas bornas de acceso independientes" #os circuitos internos estar&n construidos con cable ! componentes adecuados para soportar la corriente correspondiente" 2ara .allar
sabemos que se cumple=
Donde I es la intensidad m&5ima que deseamos medir *ondo de escala,) * el galvan+metro e la corriente que pasa por la 3 partir de la relaci+n=
,es la intensidad que circula por resistencia s.unt * ,"
;ue se deduce de la #e! de O.m llegamos al valor que debe tener la resistencia s.unt *
De esta ecuaci+n se obtiene el valor de e5terior circulan I m3"
que .ace que por el galvan+metro pasen
,=
m3 cuando en el circuito
oltímetro
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Esquema = >oltímetro 2ara que el polímetro traba(e como voltímetro * Esquema 3, es preciso conectar una resistencia en serie con el instrumento de medida" El valor de depende del valor en voltios que se quiera alcan%ar cuando la agu(a alcance el ondo de escala" En el polímetro aparecer&n tantas resistencias conmutables como valores dierentes de ondos de escala se quieran tener" 2or e(emplo) en el caso de requerir 07 voltios) 47 voltios) C7 voltios ! 477 voltios) e5istir&n cuatro resistencias dierentes " 2ara conocer el valor de la resistencia que debemos conectar utili%amos la siguiente e5presi+n=
;ue se desprende directamente de esta=
#o que llamamos
es la intensidad que .a! que aplicar al polímetro para que la agu(a llegue a ondo de escala"
$1metro Esquema = +.metro El +.metro permite medir resistencias" Una pila interna .ace circular una corriente a través de la resistencia a medir) el instrumento ! una resistencia adicional de a(uste" ?uando los terminales de medida se ponen en cortocircuito circula la m&5ima corriente por el galvan+metro" Es el valor de corriente que se asocia a R 7" ?on la resistencia de a(uste se retoca esa corriente .asta que coincida con el ondo de escala ! en la divisi+n que indica la corriente m&5ima se pone el valor de 7 o.mios" ?uando en los terminales se conecta la resistencia que se desea medir) se provoca una caída de tensi+n ! la agu(a se despla%a .acia valores ineriores de corriente) esto es) .acia la i%quierda" #a escala de resistencias crecer&) pues) de derec.a a i%quierda"
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Debido a la relaci+n inversa entre resistencia ! corriente *6>1I,) la escala del +.metro no es lineal) lo cual provocar& ma!or error de medida conorme nos acerquemos a corrientes peque/as *grandes valores de la resistencia R a medir,"
PARTES DEL MULTITESTER
0" E66O6E' EN #3' :EDID3'" E66O6E' 3B'O#UTO H 6E#3TI>O" 'iempre que se .ace alguna medida) es in.erente la comisi+n de errores) debido a distintas causas" 2or ello) al e5presar una medida) debemos acompa/ar siempre el valor medido o calculado) de una cota que nos inorme de cual es la incertidumbre de esa medida" 2or e(emplo) si medimos una longitud) la orma correcta de dar el resultado sería= # 4)C 7)74 m *de orma general) se utili%a la simbología J KJ," Ello no signiica que) con toda seguridad) la medici+n que .emos .ec.o esté en el intervalo comprendido entre 4) ! 4)L m) sino que estar& en dic.o intervalo con una cierta probabilidad" Este margen de valide% se conoce como error absoluto de una medida) ! depende de varios actores) como la calidad del instrumento utili%ado) el observador) el método de medici+n) la probabilidad deseada) etcM E5isten dos reglas undamentales para escribir correctamente el resultado de una medida=
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0" El nmero de ciras signiicativas del error absoluto debe ser de una) ! en casos e5cepcionales) .asta dos *siempre ! cuando ambas ciras signiicativas ormen un nmero 4C," 2or tanto) el error absoluto deberemos redondearlo para que cumpla esta regla" Nota= 'on ciras signiicativas=
i" ?ualquier dígito dierente de cero" ii" #os ceros situados entre nmeros distintos de cero" iii" En cualquier nmero 0) los ceros situados a la derec.a de la coma) son signiicativos" 4" #a ltima cira signiicativa de la medida ! del error deben tener el mismo orden decimal" Es decir) no tiene sentido que la medida tenga ma!or precisi+n que el error"
E2emplos( Medid%s incorrect%s
Medid%s correct%s
P)L40 7)4 >
P)L 7) >
)G 7)70P >
)G7 7)74 >
CG 07 cm
CG7 07 cm
PL4Q07-G 7)PGQ07- N
P)LQ07- 7)Q07- N
)GLPQ07-P 0)4Q07-07 3
*)GP 7)70, Q07-P 3
7)4 R?
7 R?
El error absoluto no es un par&metro que sirva de comparaci+n entre dos medidas) pero sí que lo es el error relativo) cociente entre el error absoluto ! la medida" 3dem&s) el error relativo es importante porque en el c+digo de colores de resistencias ! condensadores) el color de una de las bandas nos indica el error relativo *en S, del valor nominal dado por el resto de bandas de colores" El modo de calcular el error absoluto en una medida depende de si se trata de una medida directa o indirecta"
4" :EDID3' DI6E?T3' E INDI6E?T3' •
Una medida directa es aquella que se obtiene de manera directa de un aparato de medida" 2or e(emplo) le medida de una longitud mediante un metro) o la medida de una resistencia eléctrica mediante un +.metro son medidas directas" Una medida indirecta es aquella que se obtiene mediante procesos de c&lculo a partir de otras medidas" Es decir) no se obtiene directamente de un aparato de medida" 2or e(emplo) si medimos la tensi+n entre los bornes de una resistencia ! la corriente que circula por ella) el cociente entre tensi+n e intensidad >1I *le! de O.m, nos permite conocer el valor de la resistencia) pero en este caso de orma indirecta" Otro e(emplo de medida indirecta sería el c&lculo de la supericie de un cuadrado a partir de la medida de su lado" Error absoluto en aparatos digitales"
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En los aparatos digitales) el error cometido por el aparato se llama error de precisi+n *accurac!,) ! se calcula como un porcenta(e de la medida" #a precisi+n aparece en la .o(a de características) ! a menudo depende de la escala !1o velocidad de medida utili%ada) así como de otros actores" El error de lectura es causado por el redondeo del aparato al mostrar el resultado en pantalla) ! corresponde a un determinado nmero de unidades de la ltima cira que aparece en la pantalla del instrumento" El nmero de unidades de esta cira que nos dan el error de lectura viene indicado en la .o(a de características" 2or e(emplo) supongamos que consultamos la .o(a de características del multímetro digital Flue C mostrado en la igura 0" #a igura muestra la medida de una corriente *0)G m3, en corriente continua) ! con esta inormaci+n) la .o(a de características nos dice que la precisi+n es de 7)S 4 d *4 d signiica que el error de lectura es de dos unidades de la ltima cira en pantalla" #a ltima cira en pantalla corresponde a milésimas de miliamperio) 7)770 m3," 'egn ello) el error absoluto de esta medida es=
Error de precisi+n= 0)G
7)777P m3
Error de lectura= 4V7)7707)774 m3 Error absoluto= 7)777P7)7747)77G7P) que se redondea a 7)77G 2or tanto) la e5presi+n correcta de esta medida sería= 0)G7)77G m3 Error absoluto en aparatos anal+gicos" En los aparatos anal+gicos) el error cometido por el aparato se llama error de clase) ! se calcula como un porcenta(e del ondo de escala *el m&5imo valor que puede medir el aparato en la escala en la que se encuentra," Dic.o porcenta(e *clase, suele aparecer en la escala graduada del instrumento de medida" El error de lectura es causado por la diicultad del observador de interpretar e5actamente la posici+n de la agu(a" Depende de la vista del observador ! también de la amplitud de las divisiones que aparecen en la escala de medida" No obstante) lo .abitual es que el error de lectura se tome igual a media divisi+n de las m&s peque/as que aparecen en la escala de medidaW esto es equivalente a admitir que el observador es capa% de discernir cual es la ra!a de la escala m&s pr+5ima a la agu(a del aparato" 'upongamos que .acemos la medida de la igura" El voltímetro anal+gico es de clase 4)CW el ondo de escala es de 0C >) ! Figura 4= E(emplo de medida con cada divisi+n de la escala corresponde a 7)C un voltímetro anal+gico" >) por lo que el error de lectura *media divisi+n, ser& de 7)4C >" 2or tanto) el error absoluto de esta medida sería=
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Error de clase= 0C Error de lectura=
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7)LC> 7)C 7)4C>
Error absoluto= 7)LC7)4C7)G4C) que se redondea a 7)G 2or tanto) la e5presi+n correcta de esta medida sería= 4)7)G >"
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