Amperimetros y voltimetros

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=iLxB
F: fuerza (Newtons)
i : corriente (Amperios)
L: Longitud del conductor (metros)
B: Intensidad de Campo magnético (Wb/m2)
MOVIMIENTO D’ARSONVAL
B
F
i
Ing. Raul Hinojosa Sanchez
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
X
RESISTENCIA
INTERNA
AMPERIMETRO
REAL
AMPERIMETRO
IDEAL
Y
A
Y
A
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
IT
IM
IS
RESIST.
RESISTENCIA
INTERNA
SHUNT
(RI)
(RS)
A
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.