INSTRUMENTOS DE MEDIDA Y MEDICIONES

Introducción

Los medios auxiliares indispensables para controlar el funcionamiento eléctrico de las insta-laciones son los instrumentos de medida. En las centrales generadoras de energía, es preciso realizar mediciones constantes de la corriente y tensión producidas. También es conveniente vigilar la carga en las instalaciones consumidoras y en las de transformación.La envergadura de la instalación y su costo son los elementos básicos para establecer si es conveniente montar instrumentos registradores o indicadores con caracter permanente, o bien si debe limitarse a implementar una vigilancia con instrumentos de medición portátiles, durante la puesta en marcha y en períodos regulares durante la explotación.Las mediciones servirán, en la mayoría de los casos, para incrementar el rendimiento económico y garantizar un servicio sin interrupciones, por lo que los gastos de adquisición de los instrumentos quedarán amortizados en poco tiempo.

Las mediciones a realizar pueden incluir:1. La intensidad de corriente, en ampere (A)2. La tensión, en volt (V)

3. La potencia activa, en kilowatt (kW)4. La potencia reactiva en kilovoltampere reactivos5. El factor de potencia en función del coseno del ángulo de fase (cos j)6. La frecuencia en hertz (Hz)

7. La aislación en megohm (MS2)

8. La energía en kilowatt-hora (kWh)

La medición de la aislación desempeña un papel sumamente importante ya que indica el estado general de la instalación, principalmente de la red de conductores, y se lleva a cabo con instrumentos de medición portátiles. La energía se mide por medio de contadores. Se designa como instrumentos de medición, propiamente dichos, a los utilizados para determinar lo señalado en los puntos 1 a 7.

A excepción del frecuencímetro de lengüeta, todos los demás instrumentos de medición llevan una aguja que recorre una escala graduada. También se construyen del tipo registrador, en los que va quedando marcada la posición de la aguja sobre una cinta de papel, de este modo a medida que se desliza la cinta, movida por un mecanismo de relojería, aparece una curva que reproduce las alternativas por las que va pasando la magnitud medida.

ERRORES EN LA MEDICIÓN

ERROR ABSOLUTO Y ERROR RELATIVO

Como consecuencia de la existencia de diferentes fuentes de error, el científico se plantea por sistema hasta qué punto o en qué grado los resultados obtenidos son fiables,esto es, dignos de confianza. Por ello, al resultado de una medida se le asocia un valor complementario que indica la calidad de la medida o su grado de precisión. Los errores o imprecisiones en los resultados se expresan matemáticamente bajo dos formas que se denominan error absoluto y error relativo. Se define el error absoluto ΔE, como la diferencia entre valor resultado de la medida, M y el verdadero valor m0 de la magnitud a medir

ΔE = M - m0

El error relativo Er es el cociente entre el error absoluto ΔE y el verdadero valor. Er = ΔE / m0.

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Cuando se expresa en tanto por ciento su expresión es Er(%) = ΔE.100/ mo

Los instrumentos de medición eléctrica están afectados por errores, entre los que podemos citar:• Error de indicación: es la diferencia entre el valor indicado y el real de la magnitud medida(error absoluto).- El valor admisible se denomina también "error de clase". Se expresa en tanto por ciento (%) referido al valor de fondo de escala en instrumentos con cero mecánico; a la longitud de la escala en instrumentos sin cero mecánico, instrumentos para magnitudes no eléctricas o instrumentos con escala no lineal y al valor teórico en frecuencímetros de lengüetas.• Error de posición: producido al inclinar el instrumento t5°. Se expresa en % referido a la longitud de la escala.• Error de temperatura: producido al variar la temperatura ambiente ±10°C. Se expresa en % referido al valor teórico; en instrumentos con rectificador o instrumentos sin cero mecánico, a la longitud de la escala. En aparatos térmicos de medición son admisibles mayores valores.• Error por calentamiento: es la diferencia de las indicaciones después de 15 y 60 minutos, en funcionamiento con error extremo. Se expresa en °f°.• Error del campo independiente, por campo independiente homogéneo de 5 Oerted. Se expresa en % referido a la misma magnitud que el error de indicación.• Error de frecuencia: producido al variar la frecuencia dentro de la región de frecuencia nominal. Se expresa en % referido al valor teórico; en instrumentos sin fuerza directriz mecánica, a la longitud de la escala

Tabla 1: Errores admisibles( ΔE ) según la clase del instrumento y el error a calcular

Clase 0,1 0,2 0,5 1 1,5 2,5 5

Error de indicación ± 0,1 0,2 0,5 1 1,5 2,5 5

Error de posición ± 0,2 0,2 0,5 1 1,5 2,5 5

Error por calentamiento ± 0,1 0,2 0,5 0,5 0,75 1,25 2,5

Error del campo independienteen instrumentos

astáticos y blindadosde bobina móvil sin blindaren los demás instrumentos

0,751,5

3

0,751,53

0,751,53

0,751,53

0,751,56

0,751,56

0,75

1,56

Error de frecuencia ± 0,2 0,2 0,5 1 1,5 2,5 5

Error de tensión ± 0,2 0,2 0,5 1 1,5 2,5 5

Error de montaje 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

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En sentido estricto tales definiciones son únicamente aplicables cuando se refieren no a medidas físicas propiamente, sino a operaciones matemáticas, ya que el valor exacto de una magnitud no es accesible. Por ello, con frecuencia se prefiere hablar de incertidumbres en lugar de errores. En tal caso se toma como m el valor que más se aproxima al verdadero, es decir ,valor medio obtenido al repetir varias veces la misma medida

• Error de tensión: se produce debido al cambio de la tensión dentro de la zona de tensión nominal. Se expresa en % en voltímetros sobre el valor teórico; en instrumentos sin fuerza directriz mecánica, referido a la longitud de la escala.-Error de montaje: se produce debido al efecto de un tablero de hierro de 3mm de espesor. Se expresa en % referido a la misma magnitud que el error de indicación.

Los instrumentos eléctricos de medición normalizados se clasifican en siete categorías, según su error de indicación, como se muestra en la tabla 1. El error de clase NO presupone la suma de todos los defectos inherentes a las mediciones. Muchas veces surgen otros, condicionados, en parte, al medio ambiente.

Además de la tolerancia de errores, las normas contienen también toda una serie de prescripciones de seguridad. Así, la calidad del aislamiento se determinará por ensayos de tensión. Los instrumentos previstos para tensiones de servicio de hasta 40V deben ensayarse a 500V entre la caja y los elementos bajo tensión; los previstos hasta 650V, con 2kV, etc.

Ya que al utilizar instrumentos de medición son inevitables las sobrecargas, se ha dispuesto que los amperímetros y voltímetros de las clases 1,5; 2,5 y 5 deben resistir una sobrecarga permanente equivalente a 1,2 veces el valor máximo del rango de medición. Los wattímetros y fasímetros deben resistir permanentemente hasta 1,2 veces la intensidad y la tensión nominales. Por otra parte, los instrumentos de las clases 0,1 a 1 deben soportar sobrecargas momentáneas de hasta diez veces su intensidad nominal y dos veces su tensión nominal.

En aplicaciones severas, por ejemplo, mediciones en trenes de laminación, en vehículos y en barcos, los instrumentos de medición están sujetos, a veces, a esfuerzos mecánicos muy intensos. En estos casos hay que emplear aparatos cuyos soportes sean resistentes a las vibraciones a costa de cierto aplanamiento de los extremos de los ejes, lo que provoca un ligero aumento en la fricción de los cojinetes.

En los instrumentos de medición, la rotulación de las escalas da una idea perfecta de sus características. Además de la marca de origen y de la unidad de la magnitud a medir, contienen:

• la indicación de la clase correspondiente (0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 0 5)• el tipo de corriente• el tipo de instrumento de medición• el signo de posición

• la indicación de la tensión de prueba

• la frecuencia nominal• la relación del transformador,cuando lo hubiere.

Cálculo de errores mas significativos en una medición

Si bién tenemos en la tabla 1 los diversos factores a los que debemos vincular nuestra medición ,para una medición en laboratorio podemos despreciar algunos ya que consideramos condiciones ideales. Entonces es allí donde a demás del error de clase(error del instrumento) también ponemos en juego el error inherente al que efectúa la lectura ,este es el error de lectura.Esto implica que hay un porcentaje de error por la falta de perpendicularidad visual con el plano de la escala, otro debido a la posibilidad del ojo humano de observar dos puntos separados(tiene que ver con el foco), otro debido a interpretar la posición de la aguja entre dos líneas de medida.

Entonces podemos decir que E rel al instr.= ΔE / mo E rel al instr%= ΔE x 100 mo Y que E clase% = ΔE . x 100 valor max escala

Entonces como no podemos definir con exactitud el ΔE por no conocer el valor real de lo que estamos midiendo

Reemplazamos ΔE= E clase% x valor max escala ; E rel al instr.%= ΔE x 100 100 M (como valor medio) E rel al instr % = E clase % x valor max escala M (como valor medio)

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Ahora E lect. = Δ α x 100 siendo Δα la menor porción de división que se puede expresar con con α seguridad y se la especifica entre 0,2 y 0,25 y α la cantidad de divisiones leídas

Luego de calcular los dos errores estos deben sumarse para tener cual es el error total

E total = E lect % + E instr. %

Galvanómetro. Básicamente, todos los instrumentos que requieran de un medio de interpretación de características físicas usan un galvanómetro. Este lo diseño el francés Arsen d’Arsonval en 1882 y lo llamó así en honor del científico italiano Galvini. En esencia, el medidor es un dispositivo que consta de un imán permanente y una bobina móvil. Galvanómetro D’Arsonval de bobina móvil funciona con base en el efecto electromagnético F=NBiL. En su forma más sencilla, el medidor de bobina móvil consta de una bobina de alambre muy fino devanado sobre marco de aluminio ligero. Un imán permanente rodea a la bobina y el marco de aluminio está montado sobre pivotes que posibilitan que gire libremente, junto con la bobina, entre los polos del imán permanente. Cuando hay corriente en la bobina, ésta se magnetiza y su polaridad es tal que el campo del imán permanente la repele. Esto hace que el marco de la bobina gire sobre el pivote y cuánto lo haga depende de la cantidad de corriente que circule por la bobina. Así, al calibrar la aguja sobre el marco de la bobina y referirla a una escala calibrada en unidades de corriente, puede medirse la cantidad de corriente que circula a través del instrumento.

Figura 1.1.1 Galvanómetro D’ Arsonval de bobina móvil

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Galvanómetro de hierro móvil.Cuando dos barras del mismo material se colocan paralelas y se introducen en un campo magnético, ambas se imantarán con las mismas polaridades, lo que origina que entre ellas se produzca una fuerza de repulsión. Este fenómeno se aplica a esta variación del galvanómetro.Existen tres tipos que usan este principio:

• Galvanómetro de paleta radial • Galvanómetro de alabes concéntricos • Galvanómetro de émbolo.

Galvanómetro de paleta radialComo veremos en la figura 1.1.3, los medidores de paleta radial son piezas rectangulares que fueron introducidas como núcleo en una bobina. Una de las paletas está fija y la otra puede girar libremente mediante un dispositivo; además, a la paleta libre se le coloca la aguja marcadora de la magnitud proporcional a su movimiento, lo que ocasiona la repulsión con la que está fija.

Galvanómetro de alabes concéntricos.El funcionamiento del medidor de alabes concéntricos es similar al de paletas, salvo la concentricidad de los alabes (Fig. 1.1.4).Estos tendrán una mayor captación de campo magnético. Uno de ellos, el exterior, será fijo, y el del centro, móvil y contará con la aguja indicadora

Figura 1.1.3 Galvanómetro de paleta radial.

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Figura 1.1.4 Galvanómetro de alabes concéntricos .

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Galvanómetro de émbolo. El otro tipo de émbolo móvil consiste en un núcleo móvil de hierro que esta colocado, en su inicio, dentro de una bobina fija; en su extremo exterior se coloca la aguja indicadora. Cuando por la bobina circula corriente se forma el campo magnético y atrae al émbolo, la fuerza de atracción será proporcional a la corriente que produce el campo (Fig. 1.1.5).

Figura 1.1.5 Galvanómetro de émbolo.

El medidor que combina ambas formas (electromagnéticas y la térmica), es el “termopar”. Como el medidor térmico, el termopar alcanza una temperatura que depende de la cantidad de corriente que fluye. El alambre calienta a la unión del termopar, el cual origina una pequeña tensión c-c que impulsará una corriente por la bobina haciendo que se deflexione.

COMPONENTES DE LOS GALVANÓMETROS.Todos los tipos de galvanómetros contienen básicamente todos estos elementos (Figura 1.1.7):1-Imán permanente o imán temporal.2-Bobina móviles.

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3-Aguja indicadora.4-Escala en unidades según tipos de lecturas.5-Pivotes.6-Cojinetes.7-Resortes.8-Pernos de retención.9-Tornillo de ajuste cero.10-Mecanismo de amortiguamiento.

Figura 1.1.7 Partes del galvanómetro.

Movimiento del electrodinamómetro

El movimiento del electrodinamómetro se emplea en la construcción de voltímetros y amperímetros de gran exactitud, así como wáttmetros y medidores de factor de potencia. Al igual que el mecanismo de D' Arsonval, trabaja también como dispositivo sensor de corriente. Se puede obtener exactitudes muy altas con el empleo de este mecanismo porque no utilizan materiales magnéticos (los cuales poseen propiedades no lineales).

En contraste con el movimiento de D' Arsonval, que emplea un imán permanente como fuente del campo magnético, el electrodinamómetro crea un campo magnético con la corriente que mide. Esta corriente pasa por dos devanados del campo y establece el campo magnético que interacciona con la corriente en la bobina móvil. La fuerza en esa bobina, debido a los campos magnéticos de las bobinas fijas, hace que gire la bobina móvil. La bobina móvil se fija a un puntero que se mueve a lo largo de una escala cargada para indicar el valor de la cantidad que se esté midiendo. El conjunto completo del mecanismo se monta en una caja blindada de hierro para aislarlo de cualquier campo magnético parásito.

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El movimiento del electrodinamómetro produce una lectura de gran exactitud, pero está limitado debido a sus necesidades de potencia. El campo magnético de los devanados estacionarios, producido por una corriente pequeña es mucho más débil que el campo permanente del movimiento de D' Arsonval.

APLICACIÓN DE LOS GALVANÓMETROS: Amperímetro. El amperímetro es una aplicación natural del galvanómetro. Normalmente la bobina del galvanómetro se construye con alambre muy delgado y hasta un máximo de vueltas, lo que origina sus limitaciones. Los amperímetros se dividen por su capacidad de medición en:Amperímetro (amperes).Miliamperímetros (milésimas de amperes).Micro amperímetros (millonésimas de amperes). Pero aun dentro de cualquiera de estas capacidades tendrán limitaciones debido al método con que se construye. Por lo que es necesario ampliar su rango de operación y respuesta.Existirá una corriente máxima que podrá circular por él sin destruirse.Esta corriente se denomina corriente de fondo de escala, de plena escala o máxima permisible ya que es la que lleva la aguja al extremo de la escala.

La bobina y las terminales de conexión presentan una resistencia eléctrica muy baja (pero no cero).El error típico es de aproximadamente 1 % del valor a fondo escala.Colocación en un circuito.Un amperímetro siempre se coloca en serie en el circuito.

Error de inserción o efecto de carga.Es una consecuencia de la existencia de una resistencia propia del instrumento distinta de cero. Es un error que se agrega al error propio del instrumento y al de lectura y depende de las condiciones de medición.

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AMPERÍMETRO IDEAL.Aquel que posee resistencia interna cero.

Ampliación de la escala de medición.Una resistencia derivada o “shunt” permite desviar parte de la corriente a medir. El instrumento mide solo una porción de la corriente total, siempre menor a su corriente máxima permisible.

Derivación De Ayrton.

La escala de corriente del amperímetro cd se puede extender mediante varias resistencias de derivaciones, seleccionadas por un interruptor de rango. Tal medidor se llama amperímetro multirango. El circuito tiene tres derivaciones, que se pueden colocar en paralelo con el

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movimiento para dar cuatro escalas de corrientes diferentes. El interruptor S es de multiposición, del tipo que hace conexión antes-de-desconectar, de manera que el movimiento no se vea afectado cuando el circuito se queda sin protección, sin derivación, al cambio de rango. La derivación universal de Ayrton elimina las posibilidades de tener el medidor sin ninguna derivación en el circuito. Esta ventaja se obtiene a expensas de llegar a tener una resistencia total del medidor ligeramente mayor. La derivación de Ayrton da una excelente oportunidad para aplicar la teoría de los circuitos básicos a circuito práctico.

PRECAUCIONES.No conectar un amperímetro a través de una fuente de fem. Ya que por su baja resistencia circularía una corriente dañina muy alta que puede destruir el delicado movimiento. Siempre se conecta el amperímetro en serie con una carga capaz de emitir corriente.Obsérvese la polaridad correcta. La polaridad inversa causa que el medidor se deflecte contra el mecanismo de tope y esto podría dañar la aguja.Cuando se utiliza un medidor multirango, primero se usa la escala de corriente más alta; luego se disminuye la escala de corriente hasta obtener la deflexión adecuada. Para incrementar la exactitud de la medición, se emplea una escala que dé una lectura tan cercana a la escala completa tanto como sea posible.

Voltímetro.Un medidor básico, o sea un galvanómetro, es útil también para medir voltajes, ya que la bobina tiene una resistencia fija y por lo tanto cuando fluye corriente a través de la bobina ocurre una caída de tensión en esta resistencia. Según la ecuación de ohm, la caída de tensión será proporcional a la corriente que fluye a través de la bobina.

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El valor de la resistencia multiplicadora necesaria para la escala de voltaje se calcula con base a la Fig. de arriba., donde:Im = corriente de deflexión a plena escala del movimiento.Rm = resistencia interna del movimiento.Rs = resistencia multiplicadora.V = voltaje a plena escala del instrumento. Para el circuito:V = Im (Rs + Rm)Al despejar Rs, se tieneRs = V – Im Rm = V – Rm

Im Im

Por lo general la resistencia multiplicadora se monta dentro de la caja del voltímetro para escalas moderadas hasta 500 V. para voltajes mas altos, la resistencia multiplicadora se puede montar afuera del gabinete sobre un par de postes blindados con el fin de evitar el calor excesivo del interior.

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Voltímetro de rango múltiple

La suma de varias resistencias multiplicadoras, junto con un interruptor de rango, provee al instrumento de varias escalas de trabajo. La Fig. inferior izquierda, muestra un voltímetro multirango con un interruptor de tres posiciones y tres resistencias multiplicadoras, para las escalas de voltaje respectivamente. Precauciones.Obsérvese la polaridad correcta; ya que si es incorrecta origina que el medidor deflecte contra el mecanismo de tope y esto puede dañar la aguja.Conéctese el voltímetro del circuito a través del circuito o componente cuyo voltaje se va a medir.Cuando emplee un voltímetro de escala múltiple, hay que utilizar la escala de mayor voltaje y posteriormente disminuirla hasta tener una lectura lo más cercana a la parte superior de la escala.Considere el efecto de carga. Este se puede minimizar seleccionando la escala de voltaje más alta como sea posible. La exactitud disminuye si la indicación esta en el extremo inferior de la escala. Óhmetro. El óhmetro es un dispositivo de medición muy importante, ya que ayuda a localizar circuitos abiertos o cortocircuitos midiendo la resistencia del componente o circuito bajo prueba.Básicamente, el óhmetro contiene una fuente de baja corriente (galvanómetro) continua, una fuente de baja tensión y baja potencia de cc, resistores limitadores de corriente, todos conectados en serie, y una resistencia variable para compensar el decaimiento de la fuente; esta resistencia es la que se denomina control de ajuste a cero ohms.

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Meghómetro(Meegger)Es un medidor que mide los valores de resistencia de aislamiento y se utiliza para hallar elaislamiento entre conductores y máquinas electrotécnicas ,entre la carcaza de un motor y sus bornes de alimentación ,etc.Entre ellos puede haber fugas de corriente producto del deterioro de los materiales aislantes de cables o bobinados, y esta corriente en consecuencia de la tensión aplicada “genera” una resistencia de aislaciónSegún normas la resistencia de aislación deberá tener un valor de 1000 ohms/volt como mínimo Esta norma es de obligado cumplimiento para la puesta en marcha de cualquier instalación en la industria, comercio, en casa, etc. Pero se toma como usual lo siguiente:2 Meghom: instalaciones aisladas correctamente.Menos de 1/2 Meghom: instalaciones incorrectamente aisladas.

Este instrumento posee una fuente electrónica de alta tensión (con varios rangos de tensión) o una generador a dínamo(a manivela) que permite la inyección de alta tensión en el circuito a medir mediante dos puntas(uno conectado en cada puntoa medir) y luego la medición de

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resistencia de aislación se lee en un display o en una escala graduada a través del movimiento de una aguja

Mediciones de corriente

Fig. 15 - Indicador de CA con rectificador en puente.

El amperímetro de CA más eficiente y apropiado utiliza un rectificador de onda completa, con un puente de diodos, y un micro o miliamperímetro de CC como indicador (Figura 15 ). En su alcance inferior (máxima sensibilidad) el indicador no lleva resistencia serie y debe calibrarse, por consiguiente, por comparación con un instrumento patrón. La extensión de los alcances del instrumento se obtiene montando varios resistores "shunt" en su entrada de CA.

Fig. 16. Extensión del alcance de un amperímetro de CA mediante un transformador de intensidad.

Este tipo de instrumento, o un verdadero amperímetro de CA, o aun un voltímetro de CA, pueden emplearse para medir grandes niveles de corriente si se los conecta en serie con la carga a través de un transformador de intensidad (T), como se indica en la Figura 16. El devanado primario de T tiene, generalmente, una reactancia muy baja, de modo tal que produce la mínima caída de tensión. El alcance o factor de multiplicación se determina por la relación de espiras del transformador.

MULTIMETRO (VOM).El amperímetro, el voltímetro, y el ohmiómetro utilizan el galvanómetro D’Arsonval. La diferencia entre los 3 es el circuito utilizado con el movimiento básico. Es por lo tanto obvio que se puede diseñar un instrumento para realizar las tres funciones de medición; este dispositivo, tiene un interruptor de función que selecciona el circuito apropiado al galvanómetro D’Arsonval y es llamado comúnmente multímetro o medidor-volt-ohm-miliampere (VOM).Uno de los instrumentos de propósitos más versátiles, capaz de medir voltajes de cd y ca, corriente y resistencia, es el multímetro electrónico de estado sólido o VOM. 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.

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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.

Los multímetros analógicos son instrumentos de laboratorio y de campo muy útiles y versátiles, capaces de medir voltaje (en cd y ca), corriente, resistencia, ganancia de transistor, caída de voltaje en los diodos, capacitancia e impedancia. Se les llama por lo general multimeters (en inglés se les llama VOM, volt ohm miliammeters).En últimas fechas se han ampliado y mejorado las posibilidades de funcionamiento de esos medidores se ha aumentado en forma considerable sus posibilidades y su exactitud. Además, mediante el empleo de amplificadores de entrada con transistores de efecto de campo (FET) para mediciones de voltaje cd, sus impedancias rebasan con frecuencia a los 100 MΩ. Por ultimo la escala del óhmetro ya no se ha de llevar a cero para compensar los cambios internos del voltaje de batería o los cambios de escala. Las mediciones de voltaje se pueden efectuar sobre el rango de 0.4 mV hasta 1000 V con exactitudes de 0.1 por ciento. Las mediciones de corriente se pueden llevar a cabo desde 0.1 μA hasta 10 A con exactitudes de 0.2 por ciento. Se miden resistencias tan altas como 40 MΩ con exactitud de 1 por ciento. (Se debe notar que al hacer mediciones de resistencias tan altas, nunca se debe tocar la punta de medición con los dedos debido a que la resistencia de la piel es solo algunos miles de ohms, y esto puede originar errores serios en la medición.) Las mediciones de resistencia menores tienen una exactitud de 0.2 por ciento.Los multímetros digitales han tomado el lugar de los multímetros con movimientos de D'Arsonval por dos razones principales: mejor exactitud y eliminación de errores de lectura. Sin embargo con frecuencia se agrega una escala analógica en la escala digital para dar una indicación visual de entradas que varían con el tiempo. La posibilidad de observar la indicación del medidor en forma analógica es muy importante cuando se estén localizando fallas en sistemas de instrumentación, por ejemplo, la rapidez con que cambia una variable, al igual que su magnitud, pueden dar indicaciones valiosas en muchas situaciones de localización de problemas.Multimetros Digitales.La mayoría de los multímetros digitales se fabrican tomando como base ya sea un convertidor A / D de doble rampa o de voltaje a frecuencia, con ajuste de rango. Para dar flexibilidad para medir voltajes en rangos dinámicos más amplios con la suficiente resolución, se emplea un

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divisor de voltaje para escalar el voltaje de entrada. En la Fig. 5-16 se muestra un diagrama de bloques de un multímetro digital completo.Para lograr la medición de voltajes de ca, se incluye un rectificador en el diseño del medidor. Como las exactitudes de los rectificadores no son tan altas como las de los circuitos de medición de voltaje de cd, las exactitudes general de los instrumentos de medición de ca es menor que cuando se miden voltajes de cd (las exactitudes para voltajes de ca van desde + 1.012 hasta + 1 por ciento + 1 digito). Las corrientes se miden haciendo que el voltímetro digital determine la caída de voltaje a través de una resistencia de valor conocido y exacto.

Aunque el valor de una resistencia se puede especificar con mucha exactitud, hay cierto error adicional debido al cambio de resistencia como función del efecto de calentamiento de la corriente que pasa a través de ella.Además, se debe tener cuidado al emplear la función de medición de corriente. No se debe permitir que pase demasiada corriente a través de la resistencia. Las exactitudes típicas de las mediciones de corriente de cd van desde + 0.03 hasta + 2 por ciento de la lectura + 1 dígito, mientras que para corriente alterna son de + 0.05 a + 2 por ciento + 1 dígito.El voltímetro digital se convierte en óhmetro cuando se incluye en él una fuente muy exacta de corriente. Esta fuente circula corriente a través de la resistencia que se mide y el resto de los circuitos del voltímetro digital monitorea la caída de voltaje resultante a través del electo. La fuente de corriente es exacta sólo para voltajes menores que el voltaje de escala completa del voltímetro digital. Si la resistencia que se mide es demasiado grande, la corriente de prueba de la fuente de poder disminuirá. Las exactitudes de los voltímetros digitales multiusos que se emplean apara medir la resistencia van desde + 0.002 por ciento de la lectura + 1 dígito hasta + 1 por ciento de la lectura + 1 dígito.Muchos multímetros digitales son instrumentos portátiles de baterías. Algunos se diseñan con robustez para permitirles soportar los rigores de las mediciones de campo. Otros poseen características tales como operación de sintonización automática de rango (lo cual significa que el medidor ajusta de manera automática sus circuitos de medición para el rango de voltaje, corriente o resistencia), compatibilidad con salida decimal codificada binaria o IEEE-488, y medición de conductancia y aun de temperatura.

Medición de corriente con pinza amperimétrica

Un problema a tener en cuenta al colocar un amperímetro es que su resistencia interna debe ser lo más pequeña posible, para que de esa forma el impacto del instrumento en la medida se vea disminuido. Otro inconveniente que presenta, a pesar de parecer obvio, es la necesidad de abrir el circuito para implantar el amperímetro siendo entonces preciso “apagar” el circuito para hacerlo.

Una manera ingeniosa de realizar la medida es utilizar el campo magnético que genera la corriente que pasa por el cable del circuito para obtener indirectamente la medida. De esta manera se puede crear un amperímetro sin contacto con el circuito, pudiéndose utilizar sin interrumpir el funcionamiento del mismo. 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 corriente para colocar un amperímetro clásico.

El funcionamiento de la pinza se basa en la medida indirecta de la corriente circulante por un conductor a partir del campo magnético o de los campos que dicha circulación de corriente que genera. Recibe el nombre de pinza porque consta de un sensor, en forma de pinza, que se abre y abraza el cable cuya corriente queremos medir.

Este método evita abrir el circuito para efectuar la medida, así como las caídas de tensión que podría producir un instrumento clásico. Por otra parte, es sumamente seguro para el operario que realiza la medición, por cuanto no es necesario un contacto eléctrico con el circuito bajo medida ya que, en el caso de cables aislados, ni siquiera es necesario levantar el aislante

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Modo de uso

Los amperímetros que utilizan este método son llamados Pinzas Amperimétricas debido a su forma. Se abren y se colocan encerrando el cable cuya corriente se quiere medir.

Por esta razón permiten medidas rápidas y seguras, especialmente en circuitos industriales por dónde circulan corrientes altas. Entonces no es necesario apagar el circuito, y la influencia en el mismo es más limitada lo que disminuye el error en la medida.

La medida se hace en las pinzas analógicas como en los instrumentos de bobina móvil, pero obviamente sin la bobina interna para generar el campo magnético. Instrumento digitales utilizan el efecto Hall para medir el campo con mayor exactitud.

MEDIDORES DE POTENCIA

La potencia se mide en términos de watts o de volt-amperes. Cuando la fuente es de CC, o cuando es de CA, y la carga es resistiva pura, la potencia puede medirse con voltímetro y amperímetro, corno se indica en la Figura 17.

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Fig. 17 - Medición de potencia utilizando voltímetro y amperímetro .

La potencia en watts (potencia verdadera) es igual al voltaje multiplicado por la corriente en amperes. Cuando la fuente es de CA y la carga no es resistiva pura, la potencia que se calcula puede no ser la correcta si se la expresa en watts. En tal caso debe designársela en volt-amperes (potencia aparente) , puesto que es posible que el voltaje y la corriente no se hallen en fase entre sí.

Wattímetro de CA

Por lo general, un wattímetro de CA es similar a un indicador electrodinámico, en el cual la corriente de carga circula por una bobina mientras que la tensión aplicada lo hace por la otra. El instrumento se diseña de modo tal que indique potencia verdadera en watts. Algunos wattímetros están compensados para tener en cuenta su propia disipación de potencia; para aquellos que no se han compensado, la disipación propia se indica a veces en la caja del instrumento.

MEDIDA DE POTENCIA - RECEPTORES INACCESIBLES

MÉTODO DE LOS DOS VATÍMETROS

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EL MÉTODO DEL VATÍMETRO

RECEPTOR EQULIBRADO

. Bien conectado

El vatímetro tendrá la toma de intensidad en cualquier línea, la entrada de tensión en la siguiente en la secuencia natural y la salida de tensión en la anterior en la secuencia natural (como en la figura).

. Mal conectado

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El vatímetro tendrá la toma de intensidad en cualquier línea, la entrada de tensión en la anterior en la secuencia natural y la salida de tensión en la siguiente en la secuencia natural

RECEPTOR DESEQUILIBRADO

MÉTODO DE LOS DOS VATÍMETROS

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