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UNIDAD II
MEDIDORES
ANALOGICOS AC Y
DC
Los medidores analógicos (de tensión ó
corriente) emplean mecanismos
electromecánicos para mostrar la cantidad
que se está midiendo en una escala continua
(analógica).
Los principales instrumentos de medición
analógicos son:
El AMPERIMETRO
EL VOLTIMETRO
AMPERIMETRO
Se conecta en serie con la rama del circuito cuya corriente se desea medir.
Para hacer esto, se debe cortar el circuito e insertar en él al amperímetro.
Por lo tanto el amperímetro mide la corriente que para a través de él.
El amperímetro ideal debe ser capaz de efectuar la medición sin cambiar ó perturbar la corriente en la rama.
AMPERIMETRO
Los amperímetros reales poseen siempre
algo de resistencia interna y hacen que la
corriente en la rama cambie debido a la
inserción del medidor.
Por eso la resistencia interna del instrumento
debe ser lo mas pequeña posible.
Idealmente Ri 0
Modelo del amperímetro
Ri
A
VOLTIMETRO
El voltímetro se conecta en paralelo con la
rama cuyo voltaje se desea medir.
Mide la diferencia de potencial (voltaje) entre
los puntos se conecta.
Al conectarse en paralelo no es necesario
que se interrumpa el circuito para ubicar el
instrumento.
VOLTIMETRO
Al igual que el amperímetro, el voltímetro
ideal no debería hacer cambiar el voltaje
entre los puntos a medir.
En este caso, esto se logra cuando la
resistencia interna del instrumento es muy
grande.
Idealmente Ri ∞
Modelo del Voltímetro
Ri V
MOVIMIENTO D’ARSONVAL
Llamado también “movimiento de iman permanente
y bobina movil” es el fenomeno que se emplea para
generar el movimiento de la aguja indicadora en los
instrumentos de medición analogica.
Se aplica debido a su sensibilidad y exactitud.
Pude detectar corrientes de hasta 1μA (10-6
Amperios) en instrumentos comerciales.
MOVIMIENTO D’ARSONVAL
El movimiento detecta la corriente
empleando la fuerza que surge de la
interacción de un campo magnético y la
corriente que pasa a través de él.
La fuerza se emplea para generar un
desplazamiento mecánico que se mide en
una escala calibrada.
MOVIMIENTO D’ARSONVAL
La ecuación vectorial que define esta fuerza
es:
F = i L x B
F: fuerza (Newtons)
i : corriente (Amperios)
L: Longitud del conductor (metros)
B: Intensidad de Campo magnético (Wb/m2)
Ing. Raul Hinojosa Sanchez
MOVIMIENTO D’ARSONVAL
i
FB
MOVIMIENTO D’ARSONVAL
Si se dobla el conductor en forma de una
espira rectangular y se la suspende en el
campo magnético, la fuerza resultante sobre
el conductor tenderá a hacer girar a la
espira.
A este giro se opone dos resortes que
originan un par (fuerza giratoria) que se
opone al par magnético.
MOVIMIENTO D’ARSONVAL
MOVIMIENTO D’ARSONVAL
Las fuerzas de los resortes se calibran de
modo que una corriente conocida origine una
rotación de ángulo conocido.
Se coloca una aguja para mostrar la
cantidad de rotación sobre una escala
calibrada.
AMPERIMETROS ANALOGICOS DC
Se emplean para medir corrientes desde 1
μA hasta varios cientos de Amperios.
El modelo del amperímetro incluye una
resistencia en serie con el medidor.
Modelo del Amperímetro Real:
X
Y
A
A
X
Y
RESISTENCIA
INTERNA
AMPERIMETRO
IDEAL
AMPERIMETRO
REAL
Amperímetros DC
Con este modelo se puede calcular el error
cometido al insertar el amperímetro en el
circuito ó se puede especificar la máxima
resistencia permisible que haga que el
amperímetro tenga un efecto insignificante
en el circuito.
Sensibilidad
De un amperímetro, indica la corriente
mínima necesaria para una desviación de
toda la escala.
Los medidores comerciales tienen
sensibilidades desde 1 μA hasta 500 mA.
RESISTENCIA SHUNT
Se usan para aumentar las posibilidades de
medición mas allá del limite máximo.
La Resistencia Shunt es un trayecto de baja
resistencia conectado en paralelo con el
medidor.
Permite que una fracción especifica de la
corriente que pasa por la rama del circuito
rodee el medidor.
RESISTENCIA SHUNT
RESISTENCIA
SHUNT
(RS)
RESIST.
INTERNA
(RI)
A
IT IM
IS
RESISTENCIA SHUNT
Si se sabe con exactitud como se divide la
corriente, la fracción de ésta que pasa por la
Resistencia Interna puede indicar la corriente
total que pasa por la rama en la que se
conecta el medidor.
RESISTENCIA SHUNT
Considerando que RS y RI están en paralelo
(tienen igual voltaje):
RS IS = RI IM
RS = (RI IM) / IS
Donde: IS = IT - IM
VOLTIMETRO ANALOGICO DC
Se emplean para realizar mediciones de
diferencia de voltaje entre dos puntos del
circuito.
Las mediciones se realizan ubicando el
instrumento en paralelo con los puntos cuyo
voltaje se desea medir.
VOLTIMETRO ANALOGICO DC
El modelo del voltímetro considera una
resistencia interna en paralelo con el
medidor ideal.
Para que la medición se realice en la forma
mas correcta, la resistencia interna del
instrumento debe ser muy grande:
Ri ∞
SENSIBILIDAD
Se define como el voltaje necesario para una
deflexión de escala completa.
Sus unidades son ohm/volt.
Es una indicación de que tanto se acerca un
voltímetro real al comportamiento de un
voltímetro ideal.
SENSIBILIDAD
Un voltímetro ideal tiene una relación
ohm/volt ∞.
Los voltímetros básicos típicos tienen
sensibilidad de 20,000 ohm/volt
EFECTO DE CARGA
Es la perturbación causada en el circuito por
la corriente que esta tomando el voltímetro al
realizar la medición.
Aumenta cuando la resistencia interna del
voltímetro es comparable con la resistencia
de la rama cuyo voltaje se desea medir.
AMPERIMETROS Y VOLTIMETROS ANALOGICOS AC
Los medidores de AC se usan para realizar
mediciones en señales que cambian en
amplitud y dirección periódicamente a través
del tiempo.
AMPERIMETROS Y VOLTIMETROS ANALOGICOS AC
Estos medidores pueden responder al valor
promedio, efectivo ó pico de las señales que
se aplican.
Los medidores se calibran para indicar sus
salidas en términos de uno de esos tres
valores característicos.
MEDIDORES AC DE RESPUESTA PROMEDIO
Cuando se aplican señales AC de
frecuencias iguales ó mayores de 100 HZ en
un medidor con aguja, la inercia y
amortiguación del movimiento evitan que
puedan seguir las rápidas fluctuaciones de la
señal.
MEDIDORES AC DE RESPUESTA PROMEDIO
En vez de ello, la aguja asume una posición
en la que el par promedio aplicado esta
compensado por los resortes del eje.
El movimiento D’Arsonval responde al
VALOR PROMEDIO de la corriente que pasa
por la bobina móvil.
MEDIDORES AC DE VALOR EFICAZ
Como el promedio de las ondas senoidales
es cero, para lograr una deflexión medible de
la aguja se debe usar algún medio para
tener un par unidireccional que no se invierta
cada medio ciclo.
MEDIDORES AC DE VALOR EFICAZ
Un método implica la rectificación de las
señales AC empleando circuitos
rectificadores con diodos: Media onda, onda
completa, Puente de diodos.
La salida resultante del circuito rectificador
es una cantidad variable en el tiempo y
unidireccional que produce una deflexión
diferente de cero de la aguja.
FUENTES DE ERROR
Variaciones en la lectura al cambiar de
frecuencia en instrumentos con rectificador.
Se debe tomar en cuenta la especificación
del fabricante respecto al limite de máxima
frecuencia: en general el error aumenta un
0.5% por cada KHz de aumento por encima
del limite máximo.
FUENTES DE ERROR
Error debido al voltaje de polarizacion directa
del diodo (0,7 V).
Por ello el Voltaje eficaz útil para la medición
debe ser mayor que el doble del voltaje de
polarizacion directa.
Para voltajes a escala completa menores de
10V no lineales se consideran señales con
amplitud mayor de 1 V.
VOLTIMETROS AC ANALOGICOS
Para superar el problema de mediciones en
voltajes AC menores de 1 V, se coloca un
amplificador antes del medidor, lo que
permite realizar mediciones de hasta
nanovoltios.
VOLTIMETROS AC ANALOGICOS
También la impedancia de entrada se
aumenta hasta 1010 ohm para rangos
menores de 3 V y
mayores de 10 MOhm para rangos mayores
de 30 V.
MEDIDORES AC CON RESPUESTA RMS
Los medidores que responden al valor rms
de la cantidad medida son:
Medidores Electro dinamométricos.
Medidores de Termopar.
Medidores calculadores.
MEDIDORES ELECTRODINAMOMETRICOS
Responden al cuadrado de la corriente
aplicada dando una lectura verdadera de
rms.
Son muy exactos (especialmente a 60 Hz)
pero bastante caros.
MEDIDORES ELECTRODINAMOMETRICOS
Su potencia minina de activación es de 1 a 3
W.
El limite superior de frecuencia es 200 Hz ya
que a frecuencias superiores las bobinas
introducen errores significativos.
MEDIDORES DE TERMOPAR
Conectan la señal de salida de un termopar al mecanismo D’Arsonval.
Pueden medir frecuencias de hasta 50 MHz con exactitud de 1%.
Pueden medir corrientes de 0.5 a 20 Amp, voltajes de 500 V.
Su uso se limita por la posibilidad de que las uniones de termopar se quemen por sobrecargas.
MEDIDORES CALCULADORES
Emplean circuitos integrados tales como
amplificadores operacionales y entradas
diferenciales para que las conexiones de
entrada y a tierra no presenten problemas.
MEDIDORES AC DE RESPUESTA PICO
Usan circuitos rectificadores de diodos para
cargar un condensador hasta el voltaje pico
de la señal.
Luego se mide el voltaje resultante con un
voltímetro DC de alta impedancia de
entrada.
MEDIDORES AC DE RESPUESTA PICO
Su respuesta en frecuencia es muy alta
(mayor ó igual a 1 GHz) y su sensibilidad
aumenta al ubicarse con un amplificador
diferencial.
Se aplican donde se necesita una alta
sensibilidad y respuesta a altas frecuencias.
MULTIMETROS ANALOGICOS
Son instrumentos de laboratorio y campo
capaces de medir voltaje (AC y DC)
corriente, resistencia, ganancia del
transistor, caída de voltaje del diodo,
capacitancia e impedancia
MULTIMETROS ANALOGICOS
Si tienen amplificadores de entrada con
FET’s para mediciones de voltaje DC, sus
impedancias pasan de 100 Mohm.
MULTIMETROS ANALOGICOS
Rangos de medición:
Voltajes: 0,4 mV hasta 1000V (con 1% de
exactitud).
Corrientes: 0,1 uA hasta 10 A (con 0,2% de
exactitud)
Resistencias: hasta 40 MOhm (con 0,1% de
exactitud).
MEDIDORES ANALOGICOS DE APLICACIÓN ESPECIAL
MEDIDOR DE GANCHO PARA AC
Se emplea para medir corrientes y voltajes sin interrumpir el circuito.
Emplea el principio del transformador (inductancia mutua) para detectar la corriente.
El gancho del medidor funciona como el núcleo del transformador, el conductor es el devanado primario y en el medidor existe un devanado secundario.
MEDIDOR DE GANCHO PARA AC
La corriente alterna en el primario se acopla
en el secundario por medio del núcleo y
después de rectificarse se puede medir
usando el principio D’Arsonval.
Se usa para mediciones rápidas de voltaje y
corriente AC pero solo para valores altos.
NANOAMPERIMETROS Y PICOAMPERIMETROS
Están diseñados para medir valores muy
bajos de corriente.
Un micro voltímetro mide la caída de tensión
a través de una resistencia shunt y la
indicación se calibra para indicar corriente en
vez de voltaje.
Pueden medir hasta 0,3 pAmp = 3x10-13
Amp. Con exactitud de ±2% a ±4%
ERRORES DE MEDIDORES
ERRORES DE MEDIDORES
ERROR DE ESCALA: Ocasionado por marcas inexactas en la escala durante la calibración ó la fabricación.
ERROR DE CERO: Ocasionado por la omisión de ajuste a cero antes de efectuarse la medición (esto especialmente para medición de resistencias)
ERRORES DE MEDIDORES
ERROR DE PARALAJE: Originado por no
tener una línea de visión exactamente
perpendicular a la escala de medida.
ERROR DE FRICCION: Ocurre cuando
algún cojinete esta gastado ó dañado y
produce fricción en la aguja de medición.
ERRORES DE MEDIDORES
EFECTOS DE TEMPERATURA: Ocurre
sobre los imanes, resortes y resistencias
internas al calentarse.
ERROR DE ALINEAMIENTO: Ocurre
cuando se desalinea el eje y la bobina del
cojinete.
ERRORES DE MEDIDORES
BAJA EXACTITUD: La exactitud es mayor a
escala completa y disminuye para lecturas a
menor escala.
ERROR DE EFECTO DE CARGA: Ocurre
por el uso de una escala inadecuada.
ERRORES DE MEDIDORES
ERROR DE RUIDO EN MODO COMUN:
Aparece en ambientes con alta radiación
electromagnética a diferentes frecuencias.