UNIDAD II MEDIDORES ANALOGICOS AC Y DC

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/m 2 )

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 IDEAL Y A Y AMPERIMETRO REAL 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 I T I M I S RESISTENCIA SHUNT (R S ) RESIST. INTERNA (R I ) 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 R S y R I están en paralelo (tienen igual voltaje): R S I S = R I I M R S = (R I I M ) / I S Donde: I S = I T - I M

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: R i

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 10 10 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.