Aparatos de medida

TEMA 7. APARATOS DE MEDIDA
La mayoría de los instrumentos tradicionales de detección o medida de la corriente aprovechan el
efecto magnético sobre la corriente. De forma genérica, estos aparatos se llaman galvanómetros.
A.1 La figura adjunta muestra el fundamento de un galvanómetro
básico, constituido por un imán que produce un campo magnético
uniforme, un cuadro de espiras con terminación en una aguja indicadora
y un muelle que se opone al giro del cuadro de espiras. a) Expresad el
par de fuerzas magnético que actúa sobre el cuadro de espiras cuando
las recorre una corriente. c) Relacionad el ángulo que marca la aguja con
la intensidad de corriente.
Los galvanómetros que utilizan un cuadro de espiras o una bobina móvil en un campo magnético fijo son
adecuados en corriente continua, pero no en corriente alterna, donde tendrían que oscilar
permanentemente a frecuencias muy elevadas. Un dispositivo que puede emplearse directamente tanto
en corriente continua como en corriente alterna utiliza una bobina fija con un hierro móvil.
A.2 Estudio teórico del fundamento de galvanómetros de hierro móvil y bobina fija.
En resumen, un galvanómetro es, en esencia, un amperímetro, es decir, un aparato que puede medir
directamente la intensidad de corriente que circula por él. Cuando se usan sobre una corriente continua,
estos aparatos detectan el valor constante de la intensidad. Preparados para usarse sobre una corriente
alterna obtienen el valor eficaz de dicha intensidad. Y, dependiendo del montaje que realicemos, estos
aparatos pueden proporcionar una lectura también directa de intensidad, tensión, resistencias,
potencia, etc. Vamos a estudiar ahora algunos de estos montajes.
1. Medida de resistencias
En principio, para medir una resistencia desconocida, se puede hacer uso de la ley de Ohm, habiendo
medido previamente la corriente y la tensión que dicha resistencia soporta.
A.3 (Selectividad, 2006; 2009) ¿Cómo determinarías el valor de una resistencia si sólo dispusieras de un
voltímetro y un amperímetro? Utiliza un esquema en tu explicación.
No obstante, esta forma de medir resistencias es bastante imprecisa en un laboratorio. Los métodos
más fiables aquí se basan en realizar montajes de corriente continua que comparan resistencias
conocidas, resistencias variables y la resistencia que queremos medir. Para la medida de resistencias de
valores elevados se utiliza el montaje llamado puente de Wheastone y para resistencias no superiores a
100 se utiliza el montaje conocido como puente de hilo.
A.4 Esquema del montaje llamado puente de Wheastone. Deducción de la expresión de la resistencia
que se desea medir. Función del amperímetro en el dispositivo.
A.5 Esquema del montaje llamado puente de hilo y deducción de la expresión de la resistencia
desconocida.
A.6 En el circuito de la figura R1=100, R2=200 y R3 es una resistencia
variable. Cuando el reóstato R3 indica 50, el miliamperímetro indica
cero. Calculad el valor de la resistencia desconocida, Rx.
2. Medida de intensidad
En principio, para medir intensidades en corriente continua bastaría con intercalar en el circuito un
galvanómetro o amperímetro. Sin embargo, lo normal es que la aguja se desvíe toda la escala a partir de
intensidades del orden de amperios, impidiendo la medida.
A.7 Disponemos de un amperímetro, cuya aguja se desvía toda la escala para intensidades del orden de
mA y deseamos medir con él intensidades más elevadas, del orden de A. ¿Qué podemos hacer?
A.8 (Selectividad, 2002) ¿Cómo hay que modificar un amperímetro de 5A de final de escala para
convertirlo en otro de final de escala 15A? Considerad que la resistencia interna del amperímetro es de
0.2.
A.9 Consideramos un miliamperímetro de alcance 500mA y tensión 100mV. Se desea emplearlo para
medir intensidades de corriente de hasta 5A. Calculad: a) Resistencia interna del miliamperímetro. b)
Poder multiplicador del shunt. c) Resistencia del shunt. d) Intensidad de corriente de la línea cuando el
miliamperímetro marque 240mA. e) Intensidad de corriente del shunt en el caso anterior.
3. Medida de tensión
Un galvanómetro también puede ser un voltímetro. Como la desviación de su aguja es proporcional a la
intensidad que circula por él y su cuadro de espiras cumple la ley de Ohm, dicha desviación también es
proporcional a la diferencia de potencial entre sus bornes.
A.10 ¿Cómo se ha de montar un galvanómetro para que indique la tensión entre dos puntos de un
circuito? ¿Cómo conviene que sea (grande o pequeña) la resistencia del voltímetro?
A.11 Disponemos de un miliamperímetro de alcance 200mA y 0.2 de resistencia interna. Queremos
emplearlo como voltímetro para medir tensiones de hasta 100V. ¿Qué hemos de hacer?
A.12 Se desea utilizar un milivoltímetro de alcance 50mV y resistencia interna 5 para medir tensiones
de hasta 150V. Hallad: a) Intensidad máxima de corriente en el circuito. b) Poder multiplicador del
reductor de tensión. c) Resistencia del reductor de tensión. d) Tensión en el circuito cuando el
miliamperímetro marque 30mV.
4. Medida de la potencia en corriente continua
A.13 Teniendo en cuenta la expresión que calcula la potencia en corriente continua, ¿qué aparatos hay
que conectar y cómo para determinar la potencia? Haz un esquema de la instalación necesaria.
A.14 (Selectividad, 1999) Queremos medir la potencia absorbida por una resistencia mediante un
voltímetro y un amperímetro, disponiendo primero el voltímetro de resistencia interna 10k que marca
100V. En serie con la resistencia se dispone después el amperímetro, de resistencia interna es 0.01
que marca 5A. Hallad: a) Intensidad circula por el voltímetro. b) Intensidad total en el circuito. c) Caída
de tensión en el amperímetro. d) Diferencia de potencial en bornes de la resistencia. e) Valor de la
resistencia a medir. f) Potencia eléctrica según los aparatos. g) Potencia absorbida por todo el circuito.
h) Potencia absorbida por la resistencia.
A.15 En el ejercicio anterior se coloca el voltímetro en paralelo con la resistencia y delante del
amperímetro. Con los mismos datos, calculad: a) Intensidad de corriente absorbida por el voltímetro. b)
Intensidad de corriente absorbida por la resistencia. c) Valor de la resistencia del receptor. d) Caída de
tensión en el amperímetro. e) Diferencia de potencial en bornes del circuito. f) Potencia eléctrica según
los aparatos de medida. g) Potencia absorbida por los circuitos. h) Potencia absorbida por la resistencia.
5. Medida de la potencia en corriente alterna
Cuando la corriente es alterna, el amperímetro y el voltímetro no permiten medir la potencia, ni siquiera
utilizando rectificadores. En este caso, el desfase entre la tensión y la corriente afecta al valor de la
potencia y se necesita un aparato específico llamado vatímetro.
A.16 (Selectividad, 2000; 2005) ¿Qué potencia se puede medir en un circuito de corriente alterna con un
voltímetro y un amperímetro? ¿Y con un vatímetro? Haced esquemas de los montajes correspondientes.
A.17 Para la medida de las potencias de un motor monofásico se han utilizado un voltímetro, un
amperímetro y un vatímetro, siendo sus indicaciones respectivas 220V, 5A y 650W. Haced un dibujo de
la instalación y hallad las potencias aparente y reactiva del motor, así como su factor de potencia.
A.18 (Selectividad, 2005; 2010) Método de los dos vatímetros o método Arón en circuitos trifásicos
equilibrados. Representación del esquema de conexión de dicho método.
A.19 (Selectividad, 2011) El receptor trifásico equilibrado de la figura
tiene sus fases conectadas en estrella. La tensión de línea es de 400V
y 50Hz. Las lecturas de los vatímetros son W1=2866 W y W2=1134 W.
Determinad: a) Las potencias activa y reactiva absorbidas por el
receptor. b) El factor de potencia del receptor. c) Las intensidades de
línea y de fase. d) El valor de la impedancia Z y sus componentes R y L.
6. Algunos aparatos de medida que no usan galvanómetros
Además de los aparatos descritos hasta ahora existen otros dispositivos más sofisticados que utilizan
componentes electrónicos, tubos de vacío, etc. Estudiaremos ahora dos de ellos.
A.20 Breve estudio del polímetro y del osciloscopio.
A.21 (Selectividad, 2007) Explica brevemente qué información se obtiene cuando se mide una diferencia
de potencial (d.d.p.) alterna: a) Con un voltímetro. b) Con un osciloscopio. ¿Qué se verá en la pantalla
del osciloscopio si la d.d.p. es de corriente continua? Dibújalo.
6. Fiabilidad de aparatos. Errores en las medidas
A.22 Definición de los siguientes conceptos relativos al manejo de un instrumento de medida: campo de
medida, campo de lectura, sensibilidad y constante K de escala.
Evidentemente, en toda medida que se realice, sea con un aparato eléctrico o con cualquier otro
instrumento, se comete un cierto error. Por eso, descontados los errores por posibles fallos humanos,
los aparatos se catalogan en clases, en función de la precisión que les permite su graduación.
A.23 Definición de los siguientes tipos de errores de una medición: error absoluto, error relativo
porcentual y error relativo de fondo de escala.
A.24 (Selectividad, 1994; 2001; 2007) Definición del concepto de clase de un aparato de medida.
A.25 (Selectividad, 2011) ¿Qué debemos entender si nos dicen que la clase de un amperímetro es 0,5?
¿Cuál es el máximo error absoluto que podemos cometer si su fondo de escala es 50A?
A.26 Con un voltímetro de campo de medida 500V se han medido voltajes de 125V, 220V y 380V,
obteniendo respectivamente los valores 127V, 219V y 380V. a) Dad el error absoluto de cada medición.
b) Dad el correspondiente error relativo porcentual. c) Obtened la clase del aparato.