MEDIDORES ELECTROMECÁNICOS
El medidor electromecánico utiliza dos juegos de bobinas que producen campos magnéticos; estos campos actúan sobre un disco conductor magnético en donde se producen corrientes parásitas. La acción de las corrientes parásitas producidas por las bobinas de corriente sobre el campo magnético de las bobinas de voltaje y la acción de las corrientes parásitas producidas por las bobinas de voltaje sobre el campo magnético de las bobinas de corriente dan un resultado vectorial tal, que produce un par de giro sobre el disco. El par de giro es proporcional a la potencia consumida por el circuito. El disco está soportado por campos magnéticos y soportes de rubí para disminuir la fricción, un sistema de engranes transmite el movimiento del disco a las agujas que cuentan el número de vueltas del medidor. A mayor potencia más rápido gira el disco, acumulando más giros conforme pasa el tiempo. Las tensiones máximas que soportan los medidores eléctricos son de aproximadamente 600 voltios y las corrientes máximas pueden ser de hasta 200 amperios. Cuando las tensiones y las corrientes exceden estos límites se requieren transformadores de medición de tensión y de corriente. Se utilizan factores de conversión para calcular el consumo en dichos casos. También es importante indicar que existe una bobina de sombra que es una chapita la cual esta cortocircuitada. Dicha bobina posee unaresistencia unaresistencia despreciable y por ende en esta se generará una corriente muy importante, la cual al estar sometida a un campo generara un par motor que eliminara el coeficiente de rozamiento de los engranajes. El medidor comenzara a funcionar con el 1 % de la carga y entre un factor de potencia 0,5 en adelanto y atraso. AMPERÍMETROS ANALÓGICOS DE CD
Los amperímetros electromecánicos industriales y de laboratorio se emplean para medir corrientes desde 1 fA hasta varios cientos le amperes. La figura 4-8 muestra una fotografía del interior dc un amperímetro típico de cd. El movimiento de D'Arsonval se emplea en la mayoria de los amperímetro de cd como detector de corriente. Los medidores típicos para banco de laboratorio tienen exactitudes de aproximadamente 1 por ciento del valor de la escala completa debido a las inexactitudes del movimiento del medidor. Además de este error, la resistencia de la bobina del medidor introduce una desviación con respecto al comportamiento de un amperímetro ideal. El modelo que se emplea para describir un amperímetro real en términos de circuito equivalente es una resistencia R de igual valor que la resistencia de la bobina y los conductores del medidor en serie con un amperímetro ideal (que se supone que no tiene resistencia) (figura 4-9>. Empleando este modelo, se puede calcular el error incurrido al introducir un amperímetro en un circuito, o se puede especificar la resistencia máxima permisible que haga que el amperímetro tenga un efecto insignificante en el circuito. Este efecto es semejante al efecto de la carga del voltímetro debido a que la resistencia adicional del medidor origina que fluya una corriente menor que el total en la rama del circuito que se está midiendo. La sensibilidad dc un amperímetro indica la corriente mínima necesaria para una desviación de toda la escala. Los medidores con alta sensibilidad dan lecturas muy pequeñas a escala completa Los medidores comerciales emplean movimientos que tienen sensibilidades tan pequeñas como 1 ¡tA. Sin embargo, 50 mA es el limite máximo que pueden manejar los resortes con buena exactitud. Para aumentar las posibilidades de medición de los ampérimetros de cd más allá de este limite máximo, se deben emplear los shunts o ''resistencias en paralelo''. Ln shunt es un trayecto de baja resistencia conectado en paralelo con el movimiento del medidor, La figura 4-II a) muestra un amperímetro con un ðshunt. El sliunt permite que una fracción especifica de la corriente que pasa por la rama dcl circuito rodee el movimiento del
medidor. Si se sabe con exactitud cómo se divide la corriente, la fracción de ésta que pasa por el movimiento puede indicar la corriente total que pasa por la rama en la que se conecta el medidor. Muchos amperímetros son instrumentos de rango múltiple. Algunos de ellos implican varias terminales externas (bordes de conexión) para cambiar de rango; otros emplean un interruptor giratorio. Si se emplea un interruptor giratorio para cambiar de rango [como se muestra en la figura 4-II 5)], el polo de interruptor debe hacer contacto con la resistencia vecina antes de romper el contacto con la resistencia que se esté empleando. Con este tipo de interruptor en cortocircuito se tiene la seguridad de que el movimiento no estará sujeto accidentalmente a toda la corriente de la rama. Por lo general, los sbunts están montados dentro del instrumento en medidores que pueden medir hasta 50 A. Los amperímetros para rangos mayores emplean shunts externos de alta corriente fabricados con materiales especiales que mantienen su estabilidad y una resistencia constante) en un amplio rango de temperaturas. La ñgura4-l2 muestra dos shunts externos que se emplean con frecuencia en los amperímetro. Cada uno tiene una capacidad especifica de corriente y de caída de voltaje. Por ejemplo un slíunt de l00 A y 50 mv está diseñado para una caída de voltaje de 50 mv entre sus extremos cuando pasa por él una corriente de lOO A. Así, cualquier medidor que tenga una escala total de 50 mV se puede emplear para determinar la corriente en ese slíunt. La corriente se alimenta al shunt mediante terminales con capacidad para grandes corrientes. Estas terminales de uso rudo se emplean para mantener la resistencia de contacto de esa conexión tan baja como sea posible. La caída de voltaje a través del sliunt se mide por el movimiento del medidor que está conectado a los dos terminales internas del potencial al medir la caída de voltaje entre las terminales de potencial, se elimina el efecto de cualquier resistencia de contacto en el valor medido. Los dos pesados bloques de cobre que constituyen los extremos del sbunt están soldados a hojas de material resistivo como muestra la figura 4-12 b>. Este material resistivo se escoge especialmente para mantener un valor constante de resistencia, aun con cambios en su temperatura. Los shunts externos de precisión se fabrican en rangos desde 0.l hasta 2000 A con exactitudes de 0.1 por ciento. VOLTÍMETROS ANALÓGICOS DE CD
La mayor parte de los voltímetros emplean también el movimiento de D'Arsonval. Este movimiento se puede considerar en si mismo un voltimetro, si se considera que la corriente que pasa por él, multiplicada por su resistencia interna, origina una determinada caída de voltaje. Por ejemplo, un movimiento con escala máxima tiene una caída de 50 mV cuando fluye 1 mA a través de él. Si la escala indica volts en lugar de amperes, el movimiento actúa como un voltímetro de 50 mv. Para aumentar el voltaje que se puede medir mediante ese instrumento, se agrega una resistencia más en serie a la resistencia propia del medidor. La resistencia adicional (que se llama un multiplicador) limita la corriente que pasa por el circuito del medidor (figura 4-13 a)] Para construir un voltímetro de múltiples rangos, se puede emplear un interruptor que conecte resistencias de varias magnitudes en serie con el movimiento del medidor [figura 4-13 b)]. Para obtener una defleción hacia los valores altos de la escala, los bordes se deben conectar con el voltímetro con la misma polaridad que las marcas de las terminales. Los voltímetros típicos de cd de laboratorio tienen exactitudes de 1 por ciento de la escala completa. La sensibilidad de un voltímetro se puede especificar por el voltaje necesario para una deflexión de escala completa. Pero otro criterio de sensibilidad, que se usa ampliamente, es la capacidad de ohms por volts. Para cada rango de voltaje, la resistencia total exhibida por el voltímetro, RT dividida por el voltaje de la escala completa, da una cociente S. Este cociente es una constante para el voltímetro y se llama la relación de ohms/vol. El método más fácil para calcular S es encontrar el reciproco de la sensibilidad de corriente del movimiento que se esté usando en el voltímetro. La sensibilidad en ohms/volt es en realidad una indicación de qué tanto se acerca un vóltrnetro real al comportamiento de un voltímetro ideal. Un voltímetro ideal tendría una relación ohms/volts infinita y partiría al circuito que se está midiendo como una resistencia infinita (o
circuito abierto). Los voltímetros básicos, típicos de laboratorio, tienen una sensibilidad de 20,000 V. Como el voltímetro no es ideal, toma algo de corriente del circuito que está midiendo. Si se emplea un medidor de baja sensibilidad (pequeño valor en ohms/volt) para medir el voltaje a través de una gran resistencia, el medidor se comportará en realidad corno una resistencia en derivación y reducirá la resistencia equivalente de la rama. El resultado será una medición muy poco confiable. La perturbación del circuito causada por la corriente que esté tomando un voltímetro se llama efecto de carga. Un ejemplo muestra que el medidor con la mayor sensibilidad en ohms/volt dará la lectura más confiable en términos del error posible de carga. Se puede usar el mismo tipo de cálculo para determinar qué tan sensible debe ser un voltímetro si se necesita reducir el error de carga a determinado porcentaje máximo del valor correcto. También se hace notar que el error de carga que se puede presentar al medir los voltajes en circuitos de alta resistencia puede ser con frecuencia mucho mayor que el error debido a otras inexactitudes inherentes al medidor. En algunos de esos casos, se pueden obtener indicaciones exactas sólo con voltímetros del tipo electrónico que tienen resistencia de entrada de lo M o más. Como regla práctica, para reducir el error de carga de la indicación del voltámetro a menos del 1 por ciento, la resistencia del voltímetro debe ser a menos 100 veces mayor que la resistencia del trayecto a través del cual se ha de medir el voltaje.
