INSTITUTO TÉCNICO SALESIANO LORENZO MASSA
TALLER DE MEDICIONES
Tema 4: CONEXIONADO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS
Contenido: Conexionado de Voltímetro, Amperímetro, Vatímetro, Frecuencímetro. Aplicaciones. Precauciones a tener en cuenta al conectar un dispositivo de medida CONEXIONADO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS: En este tema se muestra la forma correcta de conexionado de los instrumentos que se utilizan para las mediciones de parámetros eléctricos. Debe tenerse la precaución de conectar en forma correcta los instrumentos, tanto analógicos como digitales, para evitar daños en los dispositivos de medición. Se describe a continuación las funciones de los distintos instrumentos y su manera de conectarlos: VOLTÍMETRO: Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue el momento necesario para el desplazamiento de la aguja indicadora. En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando circuitos de aislamiento. El esquema de conexión de un voltímetro en un circuito se observa en la figura siguiente, en donde, el voltímetro esta conectado para medir la tensión en bornes de la resistencia RL.
AMPERÍMETRO: Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico. Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperímetro, por lo que éste debe colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. El amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible con la finalidad de evitar una caída de tensión apreciable (al ser muy pequeña permitirá un mayor paso de electrones para su correcta medida). Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, están dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras. En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que podrían soportar los delicados devanados y órganos mecánicos del aparato sin dañarse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por éste una fracción de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt. Aunque la mayor parte de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la intensidad total por lo que el galvanómetro se puede emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios. El esquema de conexión de un amperímetro en un circuito se observa en la figura siguiente, en donde, el amperímetro está conectado para medir la corriente que circula por el circuito, o sea por el generador y por las resistencias RS y RL.
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 intensidad de la corriente.
VATÍMETRO: El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica activa o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial». Las bobinas fijas (de corriente) se conectan en serie con el circuito, mientras la bobina móvil (de tensión) se conecta en paralelo. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para
Ing. Santiago BUESO
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Tema 4: CONEXIONADO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS
reducir la corriente que circula por ella. El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación W=VA o P=EI. En un circuito de corriente alterna la deflexión es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia activa o efectiva. Los dos circuitos de un vatímetro son propensos a resultar dañados por una corriente excesiva. Tanto los amperímetros como los voltímetros son vulnerables al recalentamiento: en caso de una sobrecarga, sus agujas pueden quedar fuera de escala; pero en un vatímetro el circuito de corriente, el de potencial o ambos pueden recalentarse sin que la aguja alcance el extremo de la escala. Esto se debe a que su posición depende del factor de potencia, el voltaje y la corriente. Así, un circuito con un factor de potencia bajo dará una lectura baja en el vatímetro, incluso aunque ambos de sus circuitos esté cargados al borde de su límite de seguridad. El esquema de conexión de un vatímetro en un circuito, se observa en la figura siguiente, en donde, el Vatímetro está conectado para medir la corriente que circula por la resistencia RL (Bobina de corriente o bobina amperométrica) y la tensión en bornes de esta resistencia (bobina de tensión o bobina potenciométrica). Por lo tanto, el vatímetro está midiendo la potencia activa disipada por la resistencia RL.
FRECUENCÍMETRO: Un frecuencímetro es un instrumento que sirve para medir la frecuencia, contando el número de repeticiones de una onda en un intervalo de tiempo, mediante el uso de un contador que acumula el número de periodos. Dado que la frecuencia se define como el número de eventos de una clase particular ocurridos en un tiempo determinado, es generalmente sencilla su medida. Según el sistema internacional el resultado se mide en Hz. El valor contado se indica en un display y el contador se pone a cero, para comenzar a acumular el siguiente periodo de muestra. La mayoría de los contadores de frecuencia funciona simplemente mediante el uso de un contador que acumula el número de eventos. Después de un periodo predeterminado (por ejemplo, 1 segundo) el valor contado es transferido a un display numérico y el contador es puesto a cero, comenzando a acumular el siguiente periodo de muestra. El periodo de muestreo se denomina base de tiempo y debe ser calibrado con mucha precisión. Para efectuar la medida de la frecuencia existente en un circuito, el frecuencímetro ha de colocarse en paralelo, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el frecuencímetro debe poseer una resistencia interna alta, para que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea. Por ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora. Si el elemento a contar está ya en forma electrónica, todo lo que se requiere es un simple interfaz con el instrumento. Cuando las señales sean más complejas, se tendrán que acondicionar para que la lectura del frecuencímetro sea correcta. Incluyendo en su entrada algún tipo de amplificador, filtro o circuito conformador de señal. Otros tipos de eventos periódicos que no son de naturaleza puramente electrónica, necesitarán de algún tipo de transductor. Por ejemplo, un evento mecánico puede ser preparado para interrumpir un rayo de luz, y el contador hace la cuenta de los impulsos resultantes. El frecuencímetro digital es el tipo de frecuencímetro más usado, cuenta con unas características excepcionales en cuanto a resolución y exactitud en la lectura, mostrando con precisión en su pantalla de display LCD el resultado. El esquema de conexión de un frecuencímetro en un circuito, se observa en la figura siguiente, en donde, el frecuencímetro está conectado para medir la frecuencia de la señal de tensión presente en la resistencia RL.
Ing. Santiago BUESO
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Tema 4: CONEXIONADO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS
PRECAUCIONES A TENER EN CUENTA AL CONECTAR UN DISPOSITIVO DE MEDIDA En este punto se desarrollan las principales precauciones que deben tenerse al usar tres tipos fundamentales de instrumentos: amperímetros, voltímetros y vatímetros. Como regla general podemos decir que, como al medir operamos sobre circuitos bajo tensiones peligrosas, la primera precaución debe ser la seguridad del operador a fin de prevenir daños o lesiones personales. La principal de ellas es evitar entrar en contacto con las partes bajo tensión, para lo cual es fundamental no conectar el circuito a la fuente antes de haber concluido y verificado todos los conexionados. Ello evitará igualmente que se dañen o destruyan instrumentos y/o componentes del circuito a medir. La segunda precaución de tipo general es tener una idea aproximada del orden de magnitud de lo que queremos medir para poder elegir instrumentos de rango adecuado: si el valor a fondo de escala (alcance) es inferior a la magnitud de la variable a medir éste se quemará. Si por el contrario el alcance del instrumento es muy superior, no estaremos midiendo con el último tercio de la escala y por consiguiente el error relativo que tendrán los valores leídos será mayor. Si no tenemos seguridad sobre el orden de magnitud comenzar con la escala de mayor alcance para luego ir bajando. La tercera es tener presente los tipos de errores que pueden producirse a fin de evitarlos cuando sea posible o tenerlos en cuenta al expresar el resultado de la medición. Finalmente podemos decir que antes de comenzar a medir, cerciorarse que en reposo la indicación del instrumento sea cero. En caso de no ser así, ajustar a cero. Precauciones particulares en el uso de amperímetros Conectar siempre en serie con la carga. Como su resistencia interna es muy baja (lo ideal sería que fuera nula) si se conecta en paralelo es equivalente a un cortocircuito que pasa a través del instrumento y lo destruirá indefectiblemente. Tener en cuenta que en corriente continua se puede ampliar el rango de medición en forma considerable mediante el uso de resistencias en paralelo o shunt (en corriente alternada se usan los transformadores de intensidad) Precauciones particulares en el uso de voltímetros Conectar siempre en paralelo con la carga. Como su resistencia interna es muy alta (lo ideal sería que fuera infinita) si se conecta en serie es equivalente a interrumpir el circuito. Conectarlo preferentemente lo más cerca posible de la carga. Tener en cuenta que se puede ampliar el rango de medición en forma considerable mediante el uso de resistencias adicionales en serie.
Ing. Santiago BUESO
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