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Instrumentos eléctricos de medición




Enviado por psi452686



    La importancia de los instrumentos eléctricos de
    medición es incalculable, ya que mediante el uso de ellos
    se miden e indican magnitudes eléctricas, como corriente,
    carga, potencial y energía, o las características eléctricas de los
    circuitos,
    como la resistencia, la
    capacidad, la capacitancia y la inductancia. Además que
    permiten localizar las causas de una operación defectuosa
    en aparatos eléctricos en los cuales, como es bien sabido,
    no es posible apreciar su funcionamiento en una forma visual,
    como en el caso de un aparato mecánico.

    La información que suministran los
    instrumentos de medición eléctrica se da
    normalmente en una unidad eléctrica estándar:
    ohmios, voltios, amperios, culombios, henrios, faradios, vatios o
    julios.

    Unidades eléctricas, unidades empleadas
    para medir cuantitativamente toda clase de fenómenos
    electrostáticos y electromagnéticos, así
    como las características electromagnéticas de
    los componentes de un circuito eléctrico. Las unidades
    eléctricas empleadas en técnica y ciencia se
    definen en el Sistema
    Internacional de unidades. Sin embargo, se siguen utilizando
    algunas unidades más antiguas.

    Unidades SI

    La unidad de intensidad de corriente en el Sistema
    Internacional de unidades es el amperio. La unidad de carga
    eléctrica es el culombio, que es la cantidad de electricidad que
    pasa en un segundo por cualquier punto de un circuito por el que
    fluye una corriente de 1 amperio. El voltio es la unidad SI de
    diferencia de potencial y se define como la diferencia de
    potencial que existe entre dos puntos cuando es necesario
    realizar un trabajo de 1 julio para mover una carga de 1 culombio
    de un punto a otro. La unidad de potencia
    eléctrica es el vatio, y representa la generación o
    consumo de 1
    julio de energía
    eléctrica por segundo. Un kilovatio es igual a 1.000
    vatios.

    Las unidades también tienen las siguientes
    definiciones prácticas, empleadas para calibrar
    instrumentos: el amperio es la cantidad de electricidad que
    deposita 0,001118 gramos de plata por segundo en uno de los
    electrodos si se hace pasar a través de una
    solución de nitrato de plata; el voltio es la fuerza
    electromotriz necesaria para producir una corriente de 1 amperio
    a través de una resistencia de 1
    ohmio, que a su vez se define como la resistencia
    eléctrica de una columna de mercurio de 106,3 cm de altura
    y 1 mm2 de sección transversal a una temperatura de
    0 ºC. El voltio también se define a partir de
    una pila voltaica patrón, la denominada pila de Weston,
    con polos de amalgama de cadmio y sulfato de mercurio (I) y un
    electrólito de sulfato de cadmio. El voltio se define como
    0,98203 veces el potencial de esta pila patrón a
    20 ºC.

    En todas las unidades eléctricas prácticas
    se emplean los prefijos convencionales del sistema
    métrico para indicar fracciones y múltiplos de las
    unidades básicas. Por ejemplo, un microamperio es una
    millonésima de amperio, un milivoltio es una
    milésima de voltio y 1 megaohmio es un millón de
    ohmios.

    Resistencia, capacidad e inductancia

    Todos los componentes de un circuito eléctrico
    exhiben en mayor o menor medida una cierta resistencia,
    capacidad e inductancia. La unidad de resistencia
    comúnmente usada es el ohmio, que es la resistencia de un
    conductor en el que una diferencia de potencial de 1 voltio
    produce una corriente de 1 amperio. La capacidad de un
    condensador se mide en faradios: un condensador de 1 faradio
    tiene una diferencia de potencial entre sus placas de 1 voltio
    cuando éstas presentan una carga de 1 culombio. La unidad
    de inductancia es el henrio. Una bobina tiene una autoinductancia
    de 1 henrio cuando un cambio de 1
    amperio/segundo en la corriente eléctrica que fluye a
    través de ella provoca una fuerza
    electromotriz opuesta de 1 voltio. Un transformador, o dos
    circuitos
    cualesquiera magnéticamente acoplados, tienen una
    inductancia mutua de 1 henrio cuando un cambio de 1
    amperio por segundo en la corriente del circuito primario induce
    una tensión de 1 voltio en el circuito
    secundario.

    Dado que todas las formas de la materia
    presentan una o más características eléctricas es
    posible tomar mediciones eléctricas de un número
    ilimitado de fuentes.

    Mecanismos básicos de los
    medidores

    Por su propia naturaleza,
    los valores
    eléctricos no pueden medirse por observación directa. Por ello se utiliza
    alguna propiedad de
    la electricidad para
    producir una fuerza
    física
    susceptible de ser detectada y medida. Por ejemplo, en el
    galvanómetro, el instrumento de medida inventado hace
    más tiempo, la
    fuerza que se
    produce entre un campo magnético y una bobina inclinada
    por la que pasa una corriente produce una desviación de la
    bobina. Dado que la desviación es proporcional a la
    intensidad de la corriente se utiliza una escala calibrada
    para medir la corriente eléctrica. La acción
    electromagnética entre corrientes, la fuerza entre
    cargas eléctricas y el calentamiento causado por una
    resistencia conductora son algunos de los métodos
    utilizados para obtener mediciones eléctricas
    analógicas.

    Calibración de los medidores

    Para garantizar la uniformidad y la precisión de
    las medidas los medidores eléctricos se calibran conforme
    a los patrones de medida aceptados para una determinada unidad
    eléctrica, como el ohmio, el amperio, el voltio o el
    vatio.

    Patrones principales y medidas
    absolutas

    Los patrones principales del ohmio y el amperio de basan
    en definiciones de estas unidades aceptadas en el ámbito
    internacional y basadas en la masa, el tamaño del
    conductor y el tiempo. Las
    técnicas de medición que utilizan estas unidades
    básicas son precisas y reproducibles. Por ejemplo, las
    medidas absolutas de amperios implican la utilización de
    una especie de balanza que mide la fuerza que se produce entre un
    conjunto de bobinas fijas y una bobina móvil. Estas
    mediciones absolutas de intensidad de corriente y diferencia de
    potencial tienen su aplicación principal en el laboratorio,
    mientras que en la mayoría de los casos se utilizan
    medidas relativas. Todos los medidores que se describen en los
    párrafos siguientes permiten hacer lecturas
    relativas.

    Medidores de corriente

    Galvanómetros

    Los galvanómetros son los instrumentos
    principales en la detección y medición de la
    corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente
    eléctrica y un imán. El mecanismo del
    galvanómetro está diseñado de forma que un
    imán permanente o un electroimán produce un campo
    magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de
    corriente en una bobina cercana al imán. El elemento
    móvil puede ser el imán o la bobina. La fuerza
    inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la
    intensidad de la corriente. Este elemento móvil puede
    contar con un puntero o algún otro dispositivo que permita
    leer en un dial el grado de inclinación.

    El galvanómetro de inclinación de
    D'Arsonval utiliza un pequeño espejo unido a una bobina
    móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial
    situado a una distancia aproximada de un metro. Este sistema tiene
    menos inercia y fricción que el puntero, lo que permite
    mayor precisión. Este instrumento debe su nombre al
    biólogo y físico francés Jacques D'Arsonval,
    que también hizo algunos experimentos con
    el equivalente mecánico del calor y con la
    corriente oscilante de alta frecuencia y alto amperaje (corriente
    D'Arsonval) utilizada en el tratamiento de algunas enfermedades, como la
    artritis. Este tratamiento, llamado diatermia, consiste en
    calentar una parte del cuerpo haciendo pasar una corriente de
    alta frecuencia entre dos electrodos colocados sobre la piel. Cuando
    se añade al galvanómetro una escala graduada y
    una calibración adecuada, se obtiene un
    amperímetro, instrumento que lee la corriente
    eléctrica en amperios. D'Arsonval es el responsable de la
    invención del amperímetro de corriente
    continua.

    Sólo puede pasar una cantidad pequeña de
    corriente por el fino hilo de la bobina de un
    galvanómetro. Si hay que medir corrientes mayores, se
    acopla una derivación de baja resistencia a los terminales
    del medidor. La mayoría de la corriente pasa por la
    resistencia de la derivación, pero la pequeña
    cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la
    corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad el
    galvanómetro se emplea para medir corrientes de varios
    cientos de amperios.

    Los galvanómetros tienen denominaciones distintas
    según la magnitud de la corriente que pueden
    medir.

    Microamperímetros

    Un microamperímetro está calibrado en
    millonésimas de amperio y un miliamperímetro en
    milésimas de amperio.

    Los galvanómetros convencionales no pueden
    utilizarse para medir corrientes alternas, porque las
    oscilaciones de la corriente producirían una
    inclinación en las dos direcciones.

    Electrodinamómetros

    Sin embargo, una variante del galvanómetro,
    llamado electrodinamómetro, puede utilizarse para medir
    corrientes alternas mediante una inclinación
    electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija
    situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en
    lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado
    que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierte
    en el mismo momento, la inclinación de la bobina
    móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido,
    produciéndose una medición constante de la
    corriente. Los medidores de este tipo sirven también para
    medir corrientes continuas.

    Medidores de aleta de hierro

    Otro tipo de medidor electromagnético es el
    medidor de aleta de hierro o de
    hierro dulce.
    Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce,
    una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una
    bobina cilíndrica y larga por la que pasa la corriente que
    se quiere medir. La corriente induce una fuerza magnética
    en las dos aletas, provocando la misma inclinación, con
    independencia
    de la dirección de la corriente. La cantidad de
    corriente se determina midiendo el grado de inclinación de
    la aleta móvil.

    Medidores de termopar

    Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se
    utilizan medidores que dependen del efecto calorífico de la corriente. En los
    medidores de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino
    que calienta la unión de termopar. La electricidad
    generada por el termopar se mide con un galvanómetro
    convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente
    pasa por un hilo fino que se calienta y se estira. El hilo
    está unido mecánicamente a un puntero móvil
    que se desplaza por una escala calibrada
    con valores de
    corriente.

    Medición del voltaje

    El instrumento más utilizado para medir la
    diferencia de potencial (el voltaje) es un galvanómetro
    que cuenta con una gran resistencia unida a la bobina. Cuando se
    conecta un medidor de este tipo a una batería o a dos
    puntos de un circuito eléctrico con diferentes potenciales
    pasa una cantidad reducida de corriente (limitada por la
    resistencia en serie) a través del medidor. La corriente
    es proporcional al voltaje, que puede medirse si el
    galvanómetro se calibra para ello. Cuando se usa el tipo
    adecuado de resistencias
    en serie un galvanómetro sirve para medir niveles muy
    distintos de voltajes. El instrumento más preciso para
    medir el voltaje, la resistencia o la corriente continua es el
    potenciómetro, que indica una fuerza electromotriz no
    valorada al compararla con un valor
    conocido.

    Para medir voltajes de corriente alterna
    se utilizan medidores de alterna con alta resistencia interior, o
    medidores similares con una fuerte resistencia en
    serie.

    Los demás métodos de
    medición del voltaje utilizan tubos de vacío y
    circuitos
    electrónicos y resultan muy útiles para hacer
    mediciones a altas frecuencias. Un dispositivo de este tipo es el
    voltímetro de tubo de vacío. En la forma más
    simple de este tipo de voltímetro se rectifica una
    corriente
    alterna en un tubo de diodo y se mide la corriente
    rectificada con un galvanómetro convencional. Otros
    voltímetros de este tipo utilizan las características amplificadoras de los tubos
    de vacío para medir voltajes muy bajos. El osciloscopio
    de rayos catódicos se usa también para hacer
    mediciones de voltaje, ya que la inclinación del haz de
    electrones es proporcional al voltaje aplicado a las placas o
    electrodos del tubo.

    Otros tipos de mediciones

    Puente de Wheatstone

    Las mediciones más precisas de la resistencia se
    obtienen con un circuito llamado puente de Wheatstone, en honor
    del físico británico Charles Wheatstone. Este
    circuito consiste en tres resistencias
    conocidas y una resistencia desconocida, conectadas entre
    sí en forma de diamante. Se aplica una corriente continua
    a través de dos puntos opuestos del diamante y se conecta
    un galvanómetro a los otros dos puntos. Cuando todas las
    resistencias
    se nivelan, las corrientes que fluyen por los dos brazos del
    circuito se igualan, lo que elimina el flujo de corriente por el
    galvanómetro. Variando el valor de una
    de las resistencias
    conocidas, el puente puede ajustarse a cualquier valor de la
    resistencia desconocida, que se calcula a partir los valores de
    las otras resistencias.
    Se utilizan puentes de este tipo para medir la inductancia y la
    capacitancia de los componentes de circuitos.
    Para ello se sustituyen las resistencias por inductancias y
    capacitancias conocidas. Los puentes de este tipo suelen
    denominarse puentes de corriente
    alterna, porque se utilizan fuentes de
    corriente alterna
    en lugar de corriente continua. A menudo los puentes se nivelan
    con un timbre en lugar de un galvanómetro, que cuando el
    puente no está nivelado, emite un sonido que
    corresponde a la frecuencia de la fuente de corriente
    alterna; cuando se ha nivelado no se escucha ningún
    tono.

    Vatímetros

    La potencia
    consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con
    un vatímetro, un instrumento parecido al
    electrodinamómetro. El vatímetro tiene su bobina
    fija dispuesta de forma que toda la corriente del circuito la
    atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en
    serie con una resistencia grande y sólo deja pasar una
    parte proporcional del voltaje de la fuente. La
    inclinación resultante de la bobina móvil depende
    tanto de la corriente como del voltaje y puede calibrarse
    directamente en vatios, ya que la potencia es el
    producto del
    voltaje y la corriente.

    Contadores de servicio

    El medidor de vatios por hora, también llamado
    contador de servicio, es
    un dispositivo que mide la energía total consumida en un
    circuito eléctrico doméstico. Es parecido al
    vatímetro, pero se diferencia de éste en que la
    bobina móvil se reemplaza por un rotor. El rotor,
    controlado por un regulador magnético, gira a una velocidad
    proporcional a la cantidad de potencia
    consumida. El eje del rotor está conectado con engranajes
    a un conjunto de indicadores
    que registran el consumo
    total.

    Sensibilidad de los instrumentos

    La sensibilidad de un instrumento se determina por la
    intensidad de corriente necesaria para producir una
    desviación completa de la aguja indicadora a través
    de la escala. El grado
    de sensibilidad se expresa de dos maneras, según se trate
    de un amperímetro o de un voltímetro.

    En el primer caso, la sensibilidad del instrumento se
    indica por el número de amperios, miliamperios o
    microamperios que deben fluir por la bobina para producir una
    desviación completa. Así, un instrumento que tiene
    una sensibilidad de 1 miliamperio, requiere un miliamperio para
    producir dicha desviación, etcétera.

    En el caso de un voltímetro, la sensibilidad se
    expresa de acuerdo con el número de ohmios por voltio, es
    decir, la resistencia del instrumento. Para que un
    voltímetro sea preciso, debe tomar una corriente
    insignificante del circuito y esto se obtiene mediante alta
    resitencia.

    El número de ohmios por voltio de un
    voltímetro se obtiene dividiendo la resistencia total del
    instrumento entre el voltaje máximo que puede medirse. Por
    ejemplo, un instrumento con una resistencia interna de 300000
    ohmios y una escala para un
    máximo de 300 voltios, tendrá una sensibilidad de
    1000 ohmios por voltio. Para trabajo general, los
    voltímetros deben tener cuando menos 1000 ohmios por
    voltio.

    RESISTENCIAS

    Las resistencias o resistores son dispositivos que se
    usan en los circuitos
    eléctricos para limitar el paso de la corriente, las
    resistencias de uso en electrónica son llamadas "resistencias de
    carbón" y usan un código de colores como se
    ve a continuación para identificar el valor en
    ohmios de la resistencia en cuestión.

    El sistema para usar
    este código de colores es el
    siguiente: La primera banda de la resistencia indica el primer
    dígito significativo, la segunda banda indica el segundo
    dígito significativo, la tercera banda indica el
    número de ceros que se deben añadir a los dos
    dígitos anteriores para saber el valor de la
    resistencia, en la cuarta banda se indica el rango de tolerancia entre
    el cual puede oscilar el valor real de la resistencia.

    Ejemplo:

    Primer dígito: Amarillo = 4

    Segundo dígito: Violeta = 7

    Multiplicador: Rojo = 2 ceros

    Tolerancia: Dorado = 5 %

    Valor de la resistencia: 4700 W con un 5 % de tolerancia.

     

     

    Autor:

    B J

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