MEDIR Medir es comparar la cantidad desconocida que queremos determinar y una cantidad conocida de la misma magnitud, que elegimos como unidad. Al resultado de medir lo llamamos Medida.

INSTRUMENTO DE MEDICIN

Es un aparato que se usa para comparar magnitudes fsicas mediante un proceso de medicin. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estndares o patrones y de la medicin resulta un nmero que es la relacin entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medicin son el medio por el que se hace esta conversin.Dos caractersticas importantes de un instrumento de medida son la presicion y la sensibilidad.

ELEMENTOS DE UN INSTRUMENTO DE MEDICION

Hay cinco factores esenciales en todo instrumento de medicin:

1 Un elemento movible, por el cual generalmente circula la corriente cuya intensidad se mide.

2 Las fuerzas que limitan el movimiento de ese elemento

3 un elemento fijo, que reacciona sobre el elemento movible

4 los pivotes y tejuelos

5 el dispositivo amortiguador que aumenta la inercia del elemento movible.

Elemento movible recibe su energa, generalmente de la corriente que mide ya sea que esta circule por el o no. El elemento movible de todo instrumento medidor es la parte ms susceptible de averiarse, ya que se somete a todos los choques y desequilibrios elctricos que ocurren en el circuito. Por lo tanto lo fabricantes se preocupan porque esta pieza sea resistente y porque sea reemplazable fcilmente. De acuerdo al dibujo cabe sealar a)- muelles del sistema (superior e inferior). b)-puntas de los cojinetes c)-marco con bobinado (bastidor).

Figura 1 - Bobina mvil con aguja, bastidor y muelles.

En los instrumento de la figura 2 y 3, una fraccin fija de la corriente que se mide pasa por la-bobina del elemento movible. En el caso de la Fig. 2 "sistema de bobina mvil con un imn cerrado para aparatos sobre cuadros " debe sealarse:a) imn cerrado (forma de U)b) orquilla de correccin a cero c) puente del Sistemad) polo magnticoe) tornillo para el ajuste de los cojinetesf) derivacin magnticag) ncleo da hierroh) bobina mvili) muelle del sistema (superior).

Figura 3- Sistema de medida electrodinmico. Las referencias dicen: a) bobina movible de tensinb) horquilla de correccin a cero c) muelles del sistemad) cmara amortiguadorae) bobina fija de intensidad.

Limite del movimiento

En muchos instrumentos medidores, la fuerza que limita el movimiento del elemento movible proviene de un resorte espiral. Generalmente el material del que se nacen estos resortes es una aleacin de bronce y fsforo, porque es necesario un buen grado de conductividad.Existen otros medios de obtener la fuerza que limita el movimiento del elemento movible (no se usan entre los medidores mas finos) entre los cuales podemos mencionar la atraccin de la gravedad, 4a torsin de algn hilo o alambre y la atraccin magntica. El uso de estos medios se reserva para los instrumentos patrones, semiconductores o fijos.

Elemento fijo

Generalmente es un imn permanente o un electroimn (Fig. 4), cuyo campo magntico atrae o repele el tambor o bobina del elemento movible, produciendo la desviacin. El proyecto de este elemento es un problema muy delicado, pues es aqu donde radica la causa de loe errores de calibracin que adquieren los medidores despus de un uso prolongado.

Figura 4- Bobina aislada de un sistema electrodinmico con un hilo de corriente. Ejecucin para el montaje empotrado o montaje encima.

Pivotes y tejuelos

Constituyen un detalle muy importante y delicado de los instrumentos medidores. Los pivotes no pueden terminar en puntas agudas porque el peso del elemento movible comunicara a un rea transversal tan reducida un esfuerzo mayor que la resistencia del acero a la compresin y, por lo tanto, se doblaran. Sin embargo, no pueden estar muy romas porque el rozamiento resultara excesivo. Los pivotes reciben primero el tratamiento trmico apropiado y despus se esmerilan y pulen. En tos tejuelos se emplean zaferos que se labran de la forma que se desea mediante cortadores de diamantes. La cavidad en la que descansa y gira el extremo del pivote tiene forma de V, y se obtiene usando polvo muy fino de diamante.

Elemento amortiguador

Es esencial el empleo de algn dispositivo para amortiguar el movimiento de la aguja sobre la escala. En relacin: con el amortiguador la Fig. 5. nos ilustra en relacin con un sistema de medida para aparatos electromagnticos. Se destacan en la figura: a)-cmara amortiguadorab)- aleta amortiguadorac), d) y e)- contrapeso de la agujaf)-tornillo para el ajuste de los cojinetesg)-tubo para la colocacin de la bobina,h)- horquilla de correccin a cero i)-muelle del sistema.

El objeto del elemento amortiguador es, pues, hacer que sin aumentar el rozamiento del elemento movible, la aguja se detenga sobre el punto de la escala que debe indicar tan pronto como sea posible. En las figuras 6 se muestra un mecanismo de amortiguacin de los instrumentos, de tipo magntico.

Figura 6- Un amortiguamiento magntico tpico, consiste en un aspa de aluminio en forma de sector arrastrada por el elemento mvil y situada en el espacio de aire o entrehierro de un imn permanente. Cuando el aspa se mueve en el campo del imn se induce en el una Tuerza electromotriz, originando una corriente cuya reaccin con el campo produce una fuerza y un par resultante, la direccin del cual se opone al movimiento del aspa.

APARATOS DE MEDIDA ELECTRODINMICOSEn estos aparatos (Fig. 13.7), dos bobinas concntricas, una fija (1) y la otra mvil 2), son atravesadas por la corriente a medir. Los campos magnticos creados en las dos bobinas hacen girar a la bobina mvil, de manera que su campo 02 refuerce el campo 01, creado por la bobina fija. Dos espirales (3) crean el par antagonista necesario para mantener a la bobina mvil en la posicin de reposo y al mismo tiempo sirven para transportar la corriente a la mencionada bobina.

APARATOS DE MEDIDA DE INDUCCINEn estos aparatos (Fig. 13.8), un electroimn (1) conectado a una corriente alterna crea un campo magntico variable del mismo perodo que el de la corriente. Un disco mvil de aluminio (2) est colocado en el entrehierro del electroimn, de tal manera que solo parte del flujo magntico pasa por l. En el disco se inducen corrientes de Foucault que, a su vez, crean un campo magntico opuesto al que las induce. Esto hace girar el disco en el sentido indicado, hacia una posicin en que aumente el flujo. El par antagonista necesario lo proporciona un espiral (3).La escala en estos aparatos es cuadrtica. Por el sistema empleado, los ngulos de desviacin de la parte mvil puedan ser muy grandes, posibilitando su empleo en aparatos de medida para instalacin en cuadros y paetes de control.

AMPERIMETRO

Los instrumentos mas comunes para medir el potencial o la corriente utilizan un dispositivo denominado galvanmetro de Darsonval. En el campo magntico de un imn de un imn permanente se coloca una bobina de cable fino giratoria, como se observa en la Fig. 1. Cuando pasa corriente por la bobina, el campo magntico ejerce sobre ella un torque que es proporcional a la corriente. Un resorte se opone al torque, en una accin similar a la de la cuerda de un reloj sobre el volante, ejerciendo un torque restaurador proporcional al desplazamiento angular.

La desviacin angular de la aguja indicadora unida a la bobina mvil es entonces directamente proporcional a la corriente de la bobina y puede calibrase el dispositivo para medir la corriente. La desviacin mxima diseada para el medidor, normalmente entre 90 y 120, se denomina desviacin a fondo de escala. La corriente necesaria para producir esta desviacin (normalmente entre 10 mA y 10 mA ) y la resistencia de la bobina ( tpicamente entre 10 y 1000 Ohmios) son las caractersticas esenciales del medidor.AMPERMETRO DE BOBINA MVIL El ampermetro de corriente continua de aguja mvil (analgico) todava es apreciado por muchos tcnicos en detrimento de los modernos ampermetros y polmetros digitales. El motivo principal se encuentra en que, durante una medicin, el simple movimiento de la aguja y su cadencia es capaz de dar determinada informacin visual de la que carecen los aparatos con visualizador digital.Podramos asemejar esto al panel de instrumentos de un automvil; a pesar de que los medidores electrnicos digitales estn ampliamente introducidos en muchos equipos modernos, sin embargo, en las mediciones realizadas en los automviles no prosperan con la misma facilidad. As, es comn observar como los instrumentos de medida de velocidad, revoluciones del motor, temperatura y otras medidas bsicas, siguen siendo analgicas. Sin duda, la comodidad de visualizacin y otras caractersticas inherentes a la informacin aportada por el movimiento de las agujas, han imperado hasta ahora sobre los precisos medidores digitalesEn mediciones elctricas, esta caracterstica es igualmente aplicable a cualquier otro instrumento de medida por aguja mvil, sea voltmetro, ohmmetro, etc.

Caractersticas del ampermetro analgico

El ampermetro analgico de aguja con bobina mvil es un instrumento destinado a medir la cantidad de corriente continua que circula por un circuito elctrico. Las partes principales del instrumento son una bobina, un imn permanente y un muelle de torsin en la bobina. Un extremo del muelle est unido a la bobina y el otro a la caja del aparato.La bobina est sostenida por pivotes, de tal forma que puede girar a un lado y a otro dentro del campo magntico producido por el imn permanente. Como se muestra en la siguiente ilustracin, cuando se conecta la bobina al circuito la corriente circula por ella en la direccin de las flechas y produce un campo magntico. Este campo tiene la misma polaridad que el de los polos adyacentes del imn. Dado que los polos del mismo signo se repelen, la bobina tender a girar hasta que sus polos coincidan con los opuestos del imn. El muelle de torsin se opone a esa rotacin y evita que la bobina gire todo alrededor. Cuando la fuerza de repulsin es equilibrada con la del muelle, la bobina se detiene. La rotacin es proporcional a la accin conjunta de la bobina del imn. Como la fuerza del campo magntico de la bobina es proporcional a la corriente que circula por ella, la magnitud de la rotacin es proporcional a la cantidad de corriente que fluye. De esta forma, una aguja movindose sobre una escala graduada e insertada en la bobina, nos indicar la cantidad de corriente que circula cuando el ampermetro est conectado a un circuito.

En un ampermetro de aguja mvil real las piezas polares tiene forma como se ilustra en la siguiente figura. Dentro de esas piezas polares va colocado un ncleo cilndrico de hierro. Aunque por motivos de mejor comprensin la figura muestra un amplio espacio entre la bobina y el imn, en un ampermetro real ese espacio es nfimo, solo lo suficiente para que la bobina pueda girar dentro del imn sin rozar con las piezas polares. El ncleo de hierro asegura que el campo magntico sea uniforme en magnitud y direccin. La corriente, al circular por la bobina, causar su rotacin hasta que el muelle ejerza la tensin proporcional a sta. Controlando la rotacin de la bobina nos aseguramos de la exactitud del ampermetro y sus lecturas.

Aadiendo la aguja y la escala, el ampermetro descrito se convierte en un instrumento completo de medida de corriente. Para que la inercia sea pequea, las partes mviles se construyen de materiales muy ligeros. Para que el peso sea pequeo y asegurar al mismo tiempo que el par sea grande, la bobina se construye de muchas vueltas de hilo conductor muy fino. Normalmente, la aguja es de aluminio muy delgado, no obstante, se puede utilizar cualquier material ligero. Para reducir la friccin, el eje de la bobina se apoya en rubes.

VOLTIMETROConsta de una bobina de alambre muy fino arrollada en un ncleo de hierro y sostenida por un eje con muy poca resistencia al movimiento, la bobina est colocada entre las dos zapatas polares de un imn permanente. Al ncleo de hierro est adosado un puntero que sirve para sealar valores en una escala. Cuando circula una corriente por la bobina, el ncleo de hierro se magnetiza y recibe la atraccin de los polos del imn en una direccin u otra en dependencia de la polaridad de la conexin, el ncleo gira en el pivote, y la aguja indicadora registra la magnitud. Un resorte en espiral colocado en el eje de giro, o un pequeo contrapeso, regresan la aguja a su posicin original cuando se desconecta. Estos aparatos son muy sensibles y pueden detectar corrientes muy pequeas

Si conectamos directamente el galvanmetro al circuito, como la resistencia elctrica de la bobina es baja y el hilo conductor muy fino, lo mas probable es que circule demasiada corriente y arruine el aparato, o, en el mejor de los casos, se afecte el voltaje a medir debido a la carga que impone el instrumento, por tal razn se colocan las elevadas resistencias R y R que reducen la carga al circuito a un valor inapreciable. Como el galvanmetro puede trabajar con esas pequeas corrientes se garantiza una medicin confiable y la proteccin del instrumento. Solo falta calibrar la escala a los valores apropiados. .Salta a la vista que los valores de las resistencias R y R deben guardar una estrecha relacin con el rango de valores del voltaje a medir, y de este modo, mantener el galvanmetro en la zona de sus corrientes de operacin. Usando entonces un juego de resistencias diferentes y un conmutador, un mismo galvanmetro puede usarse para gran cantidad de rangos de medicin, lo que es muy comn en los voltmetros en la prctica