Mantenimiento de equipos electrónicos El polímetro Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 1/24
El polímetro: tipos y rangos de medida. Un polímetro debe ser capaz de medir, al menos, tensiones y corrientes, en continua y alterna, y resistencia eléctrica, todas ellas en diferentes rangos de medida. Un ejemplo de las medidas que es capaz de realizar un polímetro podría ser el siguiente: Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 2/24
Precisión: Un aparato será tanto más preciso cuanto menor error cometa en la medida. La precisión de un aparato también se conoce como clase del aparato. Así, un aparato de clase 2 tiene un error máximo del 2% de los valores marcados en el fondo de escala; uno de clase 5 tendrá un error máximo del 5%, etc. En principio, según normas de estandarización, los posibles valores de la clase de precisión de un aparato de medida son los siguientes: 0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2.5 y 5 El polímetro analógico: principales características. Sensibilidad: Un aparato podrá medir corrientes más pequeñas cuanto más grande sea su sensibilidad. En los polímetros analógicos la sensibilidad se define como el inverso del valor de corriente necesario para que la aguja del microamperímetro se desvíe a fondo de escala y lo usual es expresarla en ohmios por voltio (Ω/V), ya que de esta forma se tiene la ventaja de que se informa al mismo tiempo de la resistencia interna del polímetro en las medidas de tensión. Tamaño de las escalas: La lectura de la medida se verá facilitada si las escalas son amplias y con un marcado claro. Ayuda a la correcta realización de la medida la existencia de una zona reflectante junto a las mismas. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 3/24
El polímetro analógico: ejemplo de polímetro analógico. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 4/24
El polímetro analógico: constitución interna del microamperímetro de bobina móvil. La construcción de los polímetros analógicos se realiza en torno a un microamperímetro de bobina móvil. La constitución de uno de estos elementos es similar a la mostrada en el siguiente dibujo: Para el diseño del polímetro, y para conocer características tales como su sensibilidad, habrá que tener en cuenta el valor de la resistencia interna de la bobina móvil del microamperímetro. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 5/24
El polímetro analógico: el circuito voltimétrico con resistencias independientes. Ejercicio: Calcular el circuito voltimétrico de la figura para las escalas de tensión de 500V, 100V, 30V, 10V y 100mV. Como dato para el cálculo tener en cuenta que la sensibilidad del microamperímetro es 20.000Ω/V. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 6/24
El polímetro analógico: el circuito voltimétrico con resistencias en serie. Ejercicio: Calcular el circuito voltimétrico de la figura para las escalas de tensión de 500V, 100V, 30V, 10V y 100mV. Como dato para el cálculo tener en cuenta que la sensibilidad del microamperímetro es 20.000Ω/V. Ejercicio: Calcular el valor de la resistencia interna del voltímetro en cada escala y relacionarla de alguna forma con el valor de la sensibilidad del microamperímetro. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 7/24
El polímetro analógico: el circuito amperimétrico con resistencias independientes. Ejercicio: Calcular el circuito amperimétrico de la figura para las escalas de corriente de 50uA, 5mA. Como dato para el cálculo tener en cuenta que la sensibilidad del microamperímetro es 20.000Ω/V. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 8/24
El polímetro analógico: el circuito amperimétrico con resistencias en serie (en anillo). Ejercicio: Calcular el circuito amperimétrico de la figura para las escalas de corriente de 2A, 500mA, 50mA, 10mA y 1mA. Como dato para el cálculo tener en cuenta que el microamperímetro usado es el mismo que el empleado en el problema de la diapositiva anterior (método de cálculo en la siguiente diapositiva). Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 9/24
R 12345 = V fondo I E5 I fondo En la segunda expresión se sustituye R 12345 calcula R 1234. Además, El polímetro analógico: cálculo del circuito amperimétrico. R 12345 =R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 1234 =R 1 R 2 R 3 R 4 etc. R 123 =R 1234 R 4 = I R I R V fondo 4 fondo 5 fondo I E3 I fondo Se despeja R 4, se calcula y después se calcula R 123. R 1234 =R 12345 R 5 = I R V fondo 5 fondo I E4 I fondo y se despeja R 5, se calcula y después se R 12 =R 123 R 3 = I fondo R 4 I fondo R 5 I fondo R 3 V fondo I E2 I fondo Se despeja R 3, se calcula y después se calcula R 12. Por último, R 1 =R 12 R 2 = I fondo R 4 I fondo R 5 I fondo R 3 I fondo R 2 V fondo I E2 I fondo Finalmente se despeja R 2, se calcula y después se calcula R 1. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 10/24
El polímetro analógico: el circuito ohmétrico. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 11/24
La medida de tensiones y corrientes alternas. Los microamperímetros de bobina móvil sólo pueden medir corriente continua. Para poder llevar a cabo medidas tanto de tensión como de corriente alterna se procede a una rectificación mediante diodos de baja tensión de conducción (diodos schottky o diodos fabricados con germanio). Esta rectificación puede ser de media onda o de onda completa, con el empleo de un puente rectificador. En cada caso, para la graduación de la escala se ha de tener en cuenta la no linealidad de la respuesta corriente-tensión de los diodos, así como sus caídas de tensión y el valor medio de la onda suministrada por el rectificador, valor medio que es el que determinará la medida marcada por la aguja del microamperímetro, aunque ésta marque el valor eficaz de la tensión o corriente medida. Como información, los valores medios y eficaces correspondientes a una rectificación de media onda y de onda completa son los siguientes: Media onda: Onda completa: V media = V pico, V eficaz = V pico 2 V media = 2 V pico, V eficaz= V pico 2 Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 12/24
El error de paralelaje: El polímetro analógico: errores de medida con el polímetro (I). Este error se comete al leer el resultado de una medida debido a que el ojo del observador no está en una posición perfectamente vertical respecto de la aguja de medida. Por tanto, para eliminar o reducir este error en las medidas habrá que mirar la aguja justo desde encima de ella. Para ayudar a corregir este error de medida los polímetros analógicos incorporan un espejo entre las escalas de medida. Se estará realizando una medida correcta cuando la aguja del instrumento tape completamente su reflejo en el espejo. Espejo de paralelaje Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 13/24
El polímetro analógico: errores de medida con el polímetro (II). El error instrumental en la medida de tensiones y corrientes: A partir de la clase del instrumento de medida podemos deducir lo siguiente para las medidas de tensión y corriente, tanto en continua como en alterna: Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 14/24
El error instrumental en las medidas óhmicas: El polímetro analógico: errores de medida con el polímetro (III). En el caso de medidas óhmicas el mínimo error se obtiene en la zona media de la escala, aumentando éste a medida que nos alejamos de ella: Regla práctica Si el número correspondiente al centro de la escala óhmica es n entonces, la zona 1 es la comprendida entre 2n y n/2. La zona 2 será la comprendida, por un lado, entre 10n y 2n, y por el otro entre n/2 y n/10. La zona 3 ha de evitarse siempre que sea posible. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 15/24
El polímetro analógico: errores de medida con el polímetro (IV). Error en la medida de tensiones por cargar el circuito bajo prueba: Es un hecho físico bien establecido que cualquier acto de medida altera la magnitud que se trata de medir. En el caso de la medida de tensiones esto no es menos cierto. Cuando se conecta un polímetro para medir la tensión de un punto de un circuito la tensión de dicho punto siempre se reduce al conectar el polímetro, ya que se produce un efecto de carga del polímetro sobre el circuito: Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 16/24
El polímetro analógico: errores de medida con el polímetro (V). Para reducir este efecto de carga se tendrá que tener la precaución de que el punto al que se quiere aplicar el polímetro presente una resistencia Thevenin menor de al menos 10 veces la presentada por el polímetro. Cuanto menor sea esta resistencia respecto a la del polímetro menos se cargará al circuito y, por tanto, menor será el error introducido por el hecho de medir: Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 17/24
El polímetro analógico: errores de medida con el polímetro (VI). Error en la medida de las corrientes por variación de la resistencia de malla: El polímetro preparado para medidas de corriente presenta una resistencia interna, que aunque pequeña, no es cero. Al intercalar el polímetro en el circuito para medir la corriente dicha resistencia queda insertada en el circuito y su efecto será disminuir la corriente que pasa por ese punto. Por tanto, la corriente medida será siempre inferior a la que realmente circula por el punto en que se efectúa la medida. Sin embargo, este efecto es mucho menos acusado que en el caso de la medida de tensiones, así que por norma general no deberemos preocuparnos por el. De todas formas, no está de más tener en cuenta que mientras más pequeña sea la escala de medida de corrientes mayor será la resistencia interna que presentará el polímetro. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 18/24
La precisión de los polímetros digitales vienen determinada, sobre todo, por su conversor analógico a digital, siendo habitualmente más precisos que los polímetros analógicos. Lo usual es indicar la precisión de la medida como ± el número de unidades de error en el dígito menos significativo de la medida mostrada en el display del polímetro, aunque lo correcto es hacerlo así: ±(% de error en la medida + nº de unidades de error en el dígito menos significativo) Por ejemplo, El polímetro digital: principales características. La precisión no es constante para todas las escalas, sino que varía con ellas. Por ejemplo, un polímetro podría tener una precisión de ±(0.7%+2) en la escala de 400mV y una precisión de ±(0.5%+2) en la escala de 400V. Otra característica de los polímetros digitales es la resolución, que es, para cada escala concreta, el mínimo incremento de la magnitud medida que se puede mostrar en el display. En cuanto a la resistencia interna, es muy alta en las medidas de tensión (típicamente 10MΩ) y tan baja como la de los analógicos en las medidas de corriente. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 19/24
El polímetro digital: ejemplos de polímetros digitales. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 20/24
El polímetro digital: constitución interna de los polímetros digitales (I). Principales bloques constituyentes de un polímetro digital: Los conversores a tensión continua: transforman tensiones eléctricas alternas en tensiones continuas de valor proporcional al valor de la tensión eficaz de la tensión alterna bajo medida. En este bloque se pueden producir errores de conversión para tensiones alternas no sinusoidales debido al método de conversión (multiplicar el valor de pico por 0,707). Este inconveniente se soluciona en los polímetros de tipo True RMS (de conversión térmica, de cálculo analógico o de cálculo digital), capaces de medir el valor eficaz de cualquier tipo de tensión alterna. El ADC: el conversor de analógico a digital digitaliza el valor de la tensión continua que entrega el bloque anterior. Este paso es necesario antes de poder mostrar la información por el display. Controlador del display: su función es la de hacer que la información de salida del ADC se muestre de forma correcta en el display. Display LCD: es el encargado de mostrar el valor de la magnitud medida así como, usualmente, las unidades del valor mostrado. En los modelos más modernos (y caros) suelen existir un bloque de control a base de un microcontrolador y un bloque de comunicaciones serie RS-232, o de otro tipo, como el GPIB (General Purpose Instrumentation Bus) para la conexión a un ordenador. Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 21/24
El polímetro digital: constitución interna de los polímetros digitales (II). Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 22/24
El polímetro digital: constitución interna de los polímetros digitales (III). Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 23/24
El ancho de banda en la medida de tensiones y corrientes alternas. Cuando se mide con un polímetro, analógico o digital, una tensión o corriente alterna la medida no sólo puede ser falseada por los efectos ya vistos (efecto de carga, variación de corriente de malla, error de paralelaje, forma no sinusoidal), sino que también hay que tener en cuenta el ancho de banda del polímetro. El ancho de banda es el rango de frecuencias en las que el polímetro es capaz de medir correctamente el valor eficaz de la tensión o corriente bajo medida. Fuera de esta rango la medida mostrada por el polímetro deja de ser fiable, por exceso o por defecto. Un ejemplo de limitación en el ancho de banda de medida de un polímetro digital podría ser el siguiente: En el caso de uno analógico... Los polímetros de calidad elevada pueden llegar a tener anchos de banda superiores a los 100kHz, como el Fluke 8846A (AB=300kHz). Desarrollo de Productos Electrónicos El polímetro 24/24