Instrumentos de bobina móvil

Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
1/24
Instrumentos analógicos
Introducción
Los instrumentos usados en mediciones eléctricas, son dispositivos que acusan con
una determinada exactitud, por medio de una aguja material (índice) o inmaterial (haz de luz)
que se desplaza sobre una escala previamente calibrada, indicando el valor de la magnitud
eléctrica medida.
El instrumento de medición se puede suponer formado por dos sistemas, 1) el sistema
transductor y 2) el sistema indicador. Por lo general el transductor está formado por un
circuito eléctrico/electrónico, adecuado el cual convierte la magnitud medida en otra
magnitud que actúa sobre el sistema indicador, que por lo general es una corriente eléctrica
proporcional a la magnitud medida.
La magnitud a medir es X, y se transforma en otra Y, que es la que actuará sobre el
sistema indicador, dando una respuesta que representa la deflexión del sistema y que
llamamos a e indicara el valor de la magnitud medida X.
La función a es función de Y y ésta es función de X: α = f 1 (Y ) = f 1 ( f 2 ( X ))
El sistema indicador tiene una parte fija y una parte móvil y en ésta ú1tima se halla
adosada la aguja indicadora. La parte móvil se desplaza por acción de las fuerzas que actúan
sobre ella y por ende realiza un trabajo, lo cual implica consumo de energía. La energía
consumida es proporcionada por el sistema transductor y de hecho éste la absorbe del circuito
al cual esta conectado. Una parte de la energía consumida se transforma en energía mecánica
en el sistema indicador y el resto se transforma en calor debido al efecto Joule en la
resistenc ia óhmica del instrume nto.
La parte móvil está sometida a dos momentos de fuerzas de sentidos opuestos, uno es
el momento motor o también llamado momento eléctrico, cuyo valor depende de la magnitud
medida; el otro momento de sentido opuesto al momento eléctrico Me es el que tiende a llevar
al elemento móvil a su posición inicial ( cuando se desconecta el instrumento) y también es el
encargado de equilibrar al sistema medidor (cuando hay aplicada la magnitud que se quiere
medir) ya que cuando el sistema gira aparece un momento que depende de la desviación, y
si se igualan, el sistema se detiene y ésta posición es señalada por la aguja (indicando el valor
de la magnitud medida) por esta razón éste momento se denomina momento antagónico Ma y
generalmente es producido por la torsión de uno o dos espirales o de un hilo( como en
algunos galvanómetros).
Entonces la posición de equilibrio corresponde a un ángulo a para el cual la sumatoria
de los momentos es nula, como se podrá comprender más adelante en éste capitulo.
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
2/24
Ejemplo de una escala de un multímetro analógico:
Instrumentos de Bobina Móvil e imán permanente o de
Cuadro Móvil
Su funcionamiento se basa en la fuerza que aparece en un conductor por el qué circula
una corriente eléctrica y que se halla en un campo magnético. La figura siguiente representa
una vista en perspectiva del instrumento de bobina móvil e imán permanente, donde podemos
observar un imán permanente (en forma de U, pero que en los instrumentos modernos suele
tener forma de prisma o paralepipedo).
En los extremos del imán se encuentran dos piezas llamadas zapatas o expansiones
polares, con el objeto de formar un campo magnético de tipo radial, para lo cual colabora otra
pieza llamada núcleo o tambor.
Entre las expansiones polares y el núcleo hay un espacio llamado entre hierro, donde
puede desplazarse girando una bobina de cobre liviano y con muy poca inercia.
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
3/24
También pueden verse algunos elementos auxiliares del sistema móvil, que colaboran
con la bobina para permitir el equilibrio del sistema para cada intensidad que se desea medir.
La bobina móvil lleva en sus dos lados no activos (no cortan línea de inducción) 2 plaquetas
generalmente de fibras o plástico unidos mediante un cemento ligante que a su vez tiene
unidos semiejes que pueden girar mediante un contacto metálico con una pieza cónica de
acero duro o diamante artificial llamado pivote la punta del eje es cónica, para que el contacto
con el pivote sea prácticamente puntual.
Uno de los semiejes lleva una aguja y uno o más contra pesos.
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
4/24
Ambos semiejes llevan una espiral elástica generalmente hecha de bronce fosforoso
(por su elasticidad). Una de estas espirales tiene su extremo unido a un punto fijo de la
estructura del aparato, la otra espiral tiene su extremo unido a un punto que puede desplazarse
según un arco de circunferencia concéntrica con el eje, de modo que al desplazar este punto,
esa espiral tiende a enrollarse o desenrollarse, con lo cual cambia la posició n angular del eje
y por ende de la aguja, lo que permite regular la posición del cero.
El control que permite desplazar el punto 7 de la primera figura (ajuste de cero),
siempre tiene acceso desde el exterior del instrumento bajo la forma de un tornillo con
vástago excéntrico.
La figura 1b muestra como se distribuye el campo magnético en el entrehierro. Las
líneas de inducción allí son radiales con un plano de simetría (plano neutro) Las líneas de
flujo a un lado del plano neutro son conve rgente y del otro lado son divergentes, lo que se
denomina campo semiradial. De este modo cuando un lado de la bobina corta líneas del
campo convergente, el otro de la bobina corta líneas divergentes, o sea hay un cambio de
polaridad de la inducción para un lado de la bobina respecto al otro lado de la misma, pero del
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
5/24
mismo modo si la corriente en uno de esos lados es ascendente, en el otro es descendente. Por
lo tanto hay un cambio de sentido en la intensidad. Esto da como resultado que la fuerza que
aparece en un costado de la bobina tendiendo a hacerla girar es igual a la que aparece en el
otro costado y que tiene una dirección y sentido tal que ambas fuerzas producen cuplas que se
componen aditivamente.
La pieza en forma de cuña ferromagnética llamada derivador o shunt magnético tiene
por objeto derivar una parte del flujo a través de un camino alternativo, para que no pase por
el entrehierro. Si ésta pieza se desplaza de modo que llegue a cubrir totalmente uno de los 2
entrehierros, el flujo que se deriva será máximo y el que queda en el entrehierro tendrá un
valor mínimo. Por el contrario cuando se desplaza retirándose del entrehierro, el flujo que se
deriva será mínimo, con lo cual se refuerza el flujo en el entrehierro.
Respuesta del instrumento de cuadro móvil.
Por electrotecnia conocemos que un conductor recorrido por una corriente eléctrica,
que se halla en un campo magnético, aparece sobre el mismo una fuerza, cuya expresión es:
Vector: F = l.i ∧ B
Módulo de la fuerza
F = k .l.i .Bsen γ
∧
i B = 90 º = γ
F = k.l .i .B
donde : k es constante según el sistema de unidades.
F1 = F2 = k .l .i.B.n
donde : n = n º de espiras
M 1 = M 2 = F1 .r = F2 .r = k .l .i.B.n.r
M 1 + M 2 = Me ( momentoelectromagnético)
M E = 21
.k2
.l.4
n3
.r.i .B = k1 .l.i .B = M E
4
K1
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
6/24
1) Si B = ctte. => M E = k 2 .i mide corriente.
2) Si i = ctte. => M E = k 3 .B mide inducciones (magnetómetro o inductómetro).
La respuesta o reacción de las espirales elásticas al par electromagnético es:
M M ( mecánico) = k 4 .α
cuando α = α equlibrio ⇒ M E = M M
k 
k 2 .i = k 4 .α eq ⇒ α eq =  2 .i
 k4 
Hay instrumentos de bobina móvil, donde la inducción puede ser variable, es decir que
al girar la bobina móvil va encontrando distintos B.
Figura 1: es el caso del instrumento en la forma general, es decir aquella para la cual la
inducción es uniforme a lo largo del arco que recorre la bobina móvil, se usa para construir
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
7/24
voltímetros y amperímetros de corriente continua y en circunstancias voltímetros en corriente
alterna provisto de rectificadores.
Figura 2: la escala tiende a ser cuadrática, no tiene uso práctico salvo el mencionado
anteriormente.
Figura 3: Se usa apara medir en servicio o aparatos que tienen un régimen de
funcionamiento prácticamente constante, por ejemplo un motor eléctrico de corriente
continua, que trabajando normalmente tiene una intensidad prácticamente constante. Las
diferencias que pueden presentarse se deberán a algún cambio en la carga o alguna falla en su
funcionamiento, es decir que sirve como indicador de fallas.
Figura 4: Con muy fuerte compresión de los valores de la escala al final y una gran
dilatación al principio, se usa en algunos instrumentos que se prevee que midan con buena
sensibilidad en todo el rango que permite el alcance. Un caso típico son los luxómetros o
fotómetros.
Figura 5: No presenta ventajas, por lo que no se lo utiliza.
Amortiguamiento en el instrumento de cuadro móvil
El amortiguamiento es el proceso de pérdida de energía (efecto de frenado), que actúa
mientras exista velocidad y es proporcional al valor instantáneo de esa velocidad.
En el instrumento de bobina móvil el amortiguamiento se logra mediante un
conductor en forma de espira en cortocircuito, solidario con la bobina móvil, Fig. A, de éste
modo cuando la bobina gira, debido a que se ha aplicado a la misma, una intensidad que se
desea medir, arrastra a esa espira en cortocircuito, que por moverse en un campo magnético,
tendrá una f.e.m. inducida y por tratarse de un circuito cerrado (en cortocircuito) circula una
intensidad inducida, Fig. D, que reacciona con el campo magnético generando un par que se
opone al movimiento y que llamamos amortiguamiento Fig. B y C.
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
8/24
Para incorporar al sistema móvil la espira en cortocircuito, se recurre al siguiente
artificio, la bobina móvil siempre está construida con muchas espiras de alambre muy fina,
con el objeto de tener elevada sensibilidad (muchas espiras) y que sea liviana con muy poca
inercia (alambre fino), por lo que se deformaría fácilmente, si no se devanara sobre un marco
adecuado. Para ello se forma dicho marco como una canaleta, como se muestra en la figura A,
los extremos del marco se sueldan entre si, para garantizar la continuidad eléctrica, éste marco
se construye con un metal no ferromagnético (bronce, aluminio), de modo que constituye la
espira en cortocircuito. Así éste marco cumple dos funciones simultáneamente:
1) Sirve como soporte de la bobina móvil
2) Sirve como espira en cortocircuito, para lograr el amortiguamiento, que en todos los casos
se tratará que tenga el valor critico. Las variables disponibles para controlar el
amortiguamiento y obtener el valor crítico en el marco son: la conductividad eléctrica (es
decir el material) y la sección normal del marco.
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Vector : e i = l .v ∧ B
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
9/24
donde el subíndice " i" se refiere al inducido
∧
Módulo : ei = l .v.B.sen (v B )
∧
v B = 90º
e i = l.v.B
ii =
y como ii =
ei
R
l.v.B
R
Aparece una fuerza: F = l .ii .B.sen (ii
∧
(i i
∧
B)
B ) = 90 º
F = l .ii .B
Ma( amortiguamiento) = 2.F.r = 2
( l.B ) 2
.v.r
R
donde : r = radio de la bobina
v
= velocidad angular
r
Ma = ( 2.l 2 .B 2 .r 2 ).ω
ω=
Ma = k 6 .ω
Usos del Instrumento
Cuando un instrumento no tiene ningún agregado en forma de resistencias en paralelo
o serie, se dice que se encuentra en su estado natural. En estas condiciones es indistintamente
un amperímetro o voltímetro, ya que si bien el análisis que hemos hecho muestra que es
sensible a una intensidad como tiene resistencia interna requiere aplicar una tensión entre sus
bornes, para que circule dicha intensidad, por lo tanto puede utilizarse para medir tensiones
simplemente por aplicación de la. Ley de Ohm, por eso podemos interpretar que todo
instrumento en estado natural tiene un alcance voltimétrico y amperométrico relacionado con
la ley de Ohm.
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
10/ 24
Multiplicación de Alcances
El alcance natural del instrumento de bobina móvil tanto voltimétrico como
amperométrico es siempre muy bajo, del orden de milivoltios y del orden de mili o micro
amperes. Cuando se desea alcances mayores, vale decir multiplicar el alcance se agrega al
instrumento resistencias multiplicadoras de alcances llamadas resistencias voltimétricas y
amperométricas. Las primeras en serie con el instrumento y las segundas en paralelo con el
mismo.
Multiplicación alcance voltimétrico
Multiplicación alcance amperométrico
Cálculo de la resistencia voltimétrica
U − U int U int
 U − U int 
=
⇒ Rs = R int 

Rs
R int
 U int 
 U

Rs = R int 
− 1
 U int

U
n=
= multiplica ción de alcance
U int
I=
Rs = R int( n − 1)
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Cálculo de resistencia amperométrica
∑(I)
N
=0
⇒ I = I A + ID
Como U A = U D
R A .I A = R D .I D ⇒ R D = R A .
R D=
RA
RA
=
I −IA
I
−1
IA
IA
R D=
RA
( n − 1)
IA
I
= RA. A
ID
I − IA
y como n =
Instrumentos de alcances Múltiples.
a) Voltímetro
1) Multiplicador de resistencias independientes
2) Multiplicador de resistencias combinadas
I
IA
Páginas
11/ 24
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
12/ 24
b) Amperímetro
Figura 1b
Figura 2b
La figura 1b representa un instrumento amperométrico de múltiples alcances, que no
es aconsejable su uso, por la influencia del selector, que presenta una resistencia de contacto
desconocida y variable al azar, ya que depende de las superficies que están en contacto entre
el electrodo fijo y el móvil del selector. La temperatura, la humedad, el pulimento o rugosidad
de la superficie, presión entre contactos, óxidos, etc.
La figura 2b muestra el mismo selector reemplazado por su resistencia equivalente,
aunque es variable y desconocida, hemos supuesto que en cierto instante tiene un valor de
0,01 ohm, igual o del mismo orden que la propia resistencia del shunt RD1. En estas
condiciones la serie RD1 + Rc = (0,01+0,01) ohm = 0,02 ohm, con lo cual la multiplicación
de alcance de 5000 ohm, ahora la presencia de Rc hará que el alcance que se pretendía
multiplicar 5000 veces, ahora solo se multiplique por 2501.
Ra
n −1
Ra
50
n ( RD1) =
+ RD =
+ 1 = 4999 + 1 = 5000
RD
0,01
50
n ( RD1+RD2) =
+ 1 = 2501
0,02
RD =
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
13/ 24
Para evitar éste problema se ha creado otra forma de multiplicación de alcance
amperométrico llamado Shunt de alcance universal o shunt de Ayrton, que tiene la
siguiente forma:
De éste sistema de ecuaciones se deduce que Rc es independiente del alcance. Es lo
mismo que estuviera en la carga, con lo cual no perturba el shunt, ni el amperímetro.
La Rc se excluye de la malla 1, que determina el alcance, pero tiene el alcance natural
del amperímetro, los tester traen éste circuito. El mínimo alcance es mayor que el natural y la
resistencia de contacto no se suma con la del shunt y por lo tanto no modifica el alcance.
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
14/ 24
Ejemplo de un mecanismo de medida de cuadro móvil, para distintas gamas de
intensidad y tensión:
A continuación podemos observar el conexionado real de un aparato de medidas
universal, con el conmutador principal inferior se dirige la tensión e intensidad (continua o
alterna). Los diversos rangos se seleccionan con otros dos conmutadores para tensión e
intensidad:
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
15/ 24
Ohmímetros, ohmiómetros u ohmetros
El instrumento de bobina móvil puede utilizarse para construir ohmiómetros, de los
cuales existen 2 posibilidades que llamamos:
1) Ohmiómetro Serie
2) Ohmiómetro Paralelo
Solo veremos el primero, porque es el que utiliza el multímetro.
Ohmiómetro Serie
Su funcionamiento se basa en el método para medir resistencias mediante voltímetro y
amperímetro, para lo cual se usa un solo instrumento, pero realizando 2 lecturas. La 1º de
ellas es de carácter de tensión y la 2º en carácter de intensidad, de este modo el método pasa a
llamarse método de las dos lecturas, como se verá a continuación:
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
16/ 24
Si se diera la circunstancia de armar un circuito, para lo cual se provee de un
amperímetro adecuado, la fuente de alimentación y varias resistencias, formando un
Ohmímetro serie, deberíamos usar el método de las 2 lecturas y hallar luego el valor de Rx,
según la ecuación (2). Sin embargo si fabricamos expresamente un conjunto para que trabaje
como ohmímetro, podemos imponer I1 = constante y podremos elegir arbitrariamente
cualquier valor, no obstante es más camodo que I1 = Imáx del instrumento. En estas
condiciones la ecuación (2), se transforma en la ecuación (3), en la cual, entre Rx e I2 existe
una correspondencia biunívoca, lo cual nos permite dibujar una nueva escala en el
amperímetro, que represente directamente resistencias en Ohmios. Trabajando de esta forma
tenemos el método de la deflexión directa, ya que la propia aguja del instrumento indicará el
valor de Rx a diferencia del método de las 2 lecturas (ecuación 2), que exige leer 2 valores de
intensidad (I1 e 12), para luego efectuar aparte el calculo aritmético, y obtener Rx. Sin
embargo el método de la deflexión directa sigue siendo un método de 2 lecturas, ya que la 1º
lectura subsiste, pero la llamamos ajuste del cero, es decir debemos garantizar que la primera
lectura sea igual a Imáx., con lo cual el instrumento queda calibrado para poder realizar una
medición.
Es importante destacar que si no se cambia ningún elemento del circuito no es
necesario realizar ajusté del cero, o sea la 1º lectura, ya que si E es constante y Ro es
constante, siempre tendremos en la 1º lectura = Imáx. Sin embargo la fuente de tensión E es
un elemento electroquímico (pila de carbono-zinc) que tiene siempre la misma fuerza
electromotriz, pero esta fuente tiene resistencia interna variables debido a cambios, que se
producen en la solución electroquímica por lo que se llama polarización y así en una pila
nueva esta resistencia es de unos pocos Ohmios, valor que puede ser tan elevada como 100
Ohm o más Ohmios, cuando la pila esta gastada (se corroe el zinc). Para compensar esta
variación se agrega la resistencia variable Rv de modo que todo aumento que experimente Re
se neutralizará mediante una disminución de Rv en el mismo valor, por eso para poner a
punto un Ohmiómetro serie el operador debe accionar Rv hasta que el instrumento indique
Imáx. (Ajuste de cero).
Alcance del Ohmímetro Serie
Todos los Ohmímetros de lectura directa tienen su escala comprendida entre 0 y 8 ,
entonces podría parecer que todos tienen el mismo alcance. Sin embargo la forma en que se
distribuye los valores intermedios entre 0 y 8 son particulares para cada Ohmímetro, por lo
tanto se justifica idear alguna forma de expresión que permita conocer el rango de resistencias
que el Ohmímetro pueda medir con mayor exactitud. Así en el ejemplo desarrollado en la
parte práctica, el Ohmetro estaría capacitado para medir relativamente bien resistencias
comprendidas entré unos 300 Ohm hasta 30 KOhm. Así podríamos decir que su alcance es de
(300—30.000) Ohm. Sin embargo es mas camodo dar una sola cifra, para lo cual se ha
elegido arbitrariamente expresar como alcance el valor de Rx ubicado en el centro de la
escala, vale decir Alcance = Rx (para I2 = Imáx/2). En nuestro caso el alcance es de 3 KOhm.
Podemos ver según el ejemplo que para un alcance (centro de escala) de 3 KOhm, el
instrumento mide bien entre 300 y 3000 Ohm, es decir tiene una relación de 1 a 100 en cada
escala o alcance, por eso se hacen Ohmímetros de varios alcances, para que las zonas útiles de
la escala no presenten discontinuidades ni solapamientos. Los distintos alcances estarán en la
relación 1, 100, 1000 (o sea de 100 en 100), lo cual llevado a nuestro ejemplo para 3 alcances
posibles, entonces resultaría:
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
17/ 24
Alcance Nº 1 = 30 Ohm (centro de escala)
Rmin. = 3 Ohm, Rmáx. = 3.000 Ohm (los valores varian de 10 en 10 y la escala de 1000 en
1000)
Alcance Nº 2 = 3000 Ohm (centro de escala) Rmin = 300 ohm, Rmáx. = 30.000 Ohm
Alcance Nº 3 = 300.000 Ohm (centro de escala) Rmin = 300000 Ohm, Rmáx. = 3 MOhm
Haciendo estas relaciones no se producen solapamientos, ya que donde termina un
alcance empieza el otro.
Ohmímetro serie de varios alcances.
Uso del Instrumento de Bobina Móvil en Corriente Alterna.
Recordando el par eléctrico para el instrumento de bobina móvil era:
ME = (n.l .dB). I
en cc
En corriente alterna debo considerar los momentos instantáneos.
ME (inst ) = (n.l .dB).i en ca
Para obtener una idea más clara debemos obtener el valor medio del ME
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
ME (medio ) =
ME (medio ) =
1
2π
2π
∫ ME (inst ).dωt =
0
1
2π
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
18/ 24
2π
∫ (n.l.dB).i.dωt
0
2π
K1
. i.dωt
2π ∫0
∧
Suponiendo que i = I .sen ωt
yreemplazando queda :
∧
K1. I 2π
ME (medio ) =
.sen ωt .dωt
2π ∫0
142
4 43
4
=0
ME (medio ) = 0
Entonces el instrumento de bobina móvil en corriente alterna es sensible al valor
medio de una onda senoidal pura.
A una frecuencia muy baja, por ejemplo 0,1 Hz, la aguja del instrumento, deflectaría
en los dos sentidos. El momento de inercia es el que condiciona que la aguja no deflecte a
frecuencias altas, por ejemplo 50 Hz, ya que su inercia es demasiado grande como para que la
aguja pueda seguir la variación de la señal en el tiempo con una frecuencia elevada.
En el uso como voltímetro existen 2 variantes:
a) Rectificador de media onda
b) Rectificador de onda completa
Circuito rectificador de media onda.
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
19/ 24
Este circuito necesita forzosamente 2 diodos para que la intensidad nunca se
interrumpa y por lo tanto siempre circule a través de Rs provocando la caída de tensión
necesaria, para proteger a los diodos y al propio instrumento. El diodo D1 permite el paso de
los hemiciclos positivos a través del instrumento, bloqueando a los hemiciclos negativos. Si
no estuviera el diodo D2, no habría intensidad durante los hemiciclos positivos, por ende no
habría caída sobre Rs y toda la tensión instantánea aplicada a los bornes NM aparecería en los
bornes del diodo D1 que estaría en corte, es decir no conduciría. Así este diodo debería ser
capaz de resistir sin perforarse toda la tensión instantánea que se desea medir. Esto exigiría
diodos antieconómicos y resulta más barato agregar el diodo D2, en cuyo caso tanto D1 y D2
solo necesitan tener una rigidez dieléctrica muy chica. Éste parámetro en los diodos se
denomina tensión inversa máxima o tensión inversa de cresta o pico, y bastará unos pocos
voltios para que el circuito funcione sin inconveniente.
I CA ( ef ) =
Ux(ef )
Rs + RA
RD1 ≅ 0
∧
Ux(inst ) = U x.sen ωt
∧
∧
Ux
Ux(ef ) =
2
;
I CA
∧
Ux
=
Rs + RA
∧
I CA = 2 .I CA (ef )
I CC = valor medio de i A = I medioCC
I medioCC =
I med
T/2
0
I medioCC
I medioCC
I medioCC
I med
T/2
0
+ I med T / 2
T
2
∧
2
T
. I CA ; I med T / 2 = 0
π
2 ∧

 . I CA + 0 
π
 1 ∧
=
= . I CA
2
π
1
= . 2 .I CA (ef )
π
0,45
= 0, 45.I CA (ef ) =
.Ux(ef )
Rs + RA
=
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
20/ 24
Ux(ef ) = 2,2.( Rs + RA).I medioCC
Circuito rectificador de onda completa.
Éste circuito puente puede analizarse fácilmente mediante las figuras siguientes, que
muestran 2 mallas de conducción, formada por el diodo D1, el amperímetro y el diodo D3,
que actúa cuando el borne A es positivo respecto al B.
La otra malla que actúa cuando el borne A es negativo, conduce a través del diodo D4,
del instrumento y del diodo D2. Conviene remarcar que en ambas mallas la conducción en el
instrumento se opera en el sentido de izquierda a derecha, es decir que cualquiera que sea la
polaridad instantánea de la tensión a medir, a través del instrumento circulará una intensidad
variable, pero siempre en el mismo sentido.
I med CC
I med CC
2 ∧
2 ∧
. I CA + . I CA
2 ∧
π
=π
= . I CA
2
π
2
0,90
= . 2.I CA ( ef ) =
.Ux( ef )
π
Rs + RA
Ux(ef ) = 1,1.( Rs + RA). I med CC
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
21/ 24
Clasificación de los Instrumentos, según:
1) Clase de CTE.
2) Su precisión
3) Principio de funcionamiento
1) Los instrumentos se pueden clasificar según la clase de corriente que puede medir
en:
a) instrumento de CC lo que se indica con el símbolo — o también =
b) instrumentos de CA indicados con el símbolo ~
__
c) instrumentos de CC y CA indicado con ~ , que representa al instrumento
universal, es decir sirve para ambas corrientes.
__
Las dos clases indicadas con ~ y ~ se refieren para usarse en sistemas monofásicos
(como sería la red domiciliaria). Pero existen instrumentos para sistemas trifásicos (de hecho
de CA) que se indican con tres senoides, aunque puede existir cuatro senoides. Esto se aclara
en el cuadro de símbolos de instrumentos.
2) Ahora veremos la clasificación según su precisión: esta se efectúa teniendo en
cuenta la clase, así los de clase 0,1; 0,2 y 0,5 se consideran instrumentos delicados y dentro de
estos están los patrones 0,1 y 0,2 y los instrumentos de laboratorio o investigación. Las clases
1,0; 1,5; 2,5 y 5 se consideran de explotación en general.
3) Según su principio de funcionamiento pueden clasificarse en seis grupos
principales:
a) Instrumentos magnetoeléctricos:
Se basa en la acción mutua entre los campos magné ticos de un imán permanente y una
bobina. Se fabrican con las siguientes variantes:
1) Magnetoeléctrico de bobina móvil: éste sistema se utiliza en la cons trucción del
tester o multímetro (ya que es uno de los más importantes por cuanto provee la mayor
sensibilidad, es decir es capaz de acusar intensidades muy débiles y por tal motivo se lo usa
en la construcción de galvanómetros, también se usa en la construcción de amperímetros,
voltímetros, óhmetros de CC.
2) Magnetoeléctrico de imán móvil (ya no se usa): difiere del anterior en que cambia
el elemento móvil, se emplea en amperímetros, voltímetros de CC.
3) Magnetoeléctrico diferenciales: se emplea en la construcción de megóhmetros de
bobinas cruzadas, cofímetros y frecuencímetros.
b) Instrumentos electromagnéticos:
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
22/ 24
Se basan en la acción mutua entre el campo magnético de una bobina fija y un núcleo
móvil. Se utilizan en clase de baja exactitud (por ejemplo 1,5; 2; 2,5; 5) para construir
amperímetros, voltímetros de cc y ca se lo conoce como instrumentos de hierro móvil.
c) Instrumentos electrodinámicos:
Se basan en la acción mutua de los campos creados por una bobina fija y una móvil,
pudiendo haber varias variantes:
1) Electrodinámicos sin hierro: se usa en amperímetros, voltímetros y vatímetros de
CC y CA.
2) Ferrodinámicos, o sea Electrodinámicos con hierro: se usa igual que los:
e1ectrodinámicos.
3) Electrodinámicos diferenciales: se usan en cofímetros, frecuencímetros.
d) Instrumentos de inducción:
Se basan en la gene ración de las corrientes de Foucault. Se usan en la fabricación de
instrumentos de tablero de baja clase (por ejemplo 2,5y 5).Si bien hay amperímetros,
voltímetros de inducción el uso más difundido es en la construcción de medidores de energía
(Para CA únicamente).
e) Instrumentos electrostáticos:
Se basan en las acciones entre cargas eléctricas, es decir la atracción de dos placas que
se hallan bajo la influencia de un campo eléctrico, cont inuo o alternado. Se usan para
voltímetros de CC y CA únicamente, no son de gran exactitud.
f) Instrumentos electrotérmicos:
Se tasan en la dilatación de un elemento conductor por el calor generado debido al
efecto Joule. Hay dos variantes:
1) Térmicos de hilo caliente (ya no se usa): sirven para construir amperímetros y
voltímetros tanto de CC como CA.
2) Térmicos, bimetálicos: se usan en la construcción de amperímetros y voltímetros
fundamentalmente como indicadores de distintos parámetros en los automotores.
Es importante que el operario al tomar un instrumento, sepa que sistema utiliza a fin
de poder conocer si se puede utilizar en CC o CA y además en que posición debe ubicarlo
para conseguir la mayor exactitud. También debe conocer la clase del mismo. Por ello los
fabricantes de instrumentos de medidas imprimen en sus cuadrantes, símbolos convenidos
internaciona lmente que proporcionan los datos suficientes como para orientar al operario.
Estos símbolos se refieren al sistema motor es decir si son de bobina móvil e imán
permanente, o de hierro móvil, etc. según la clasificación dada anteriormente. También figura
el tipo de corriente, la clase de exactitud, posición de trabajo, tensión de prueba de
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
aislamiento, y finalmente algunas observaciones especiales, como ser si lleva blindaje
magnético o electrostático, etc.
Páginas
23/ 24
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Mendoza
Departamento de Electrónica
Medidas Electrónicas I
Páginas
24/ 24
________________________________________________________________________
Integrantes de la Cátedra :
Titular: Ing. Roberto Martínez
JTP: Ing. Eduardo Grosso
Ayudantes:
Ing. Pedro Pérez
Ing. Walter Javier Paris
Unidad Compilada por:
Ing. Walter Javier Paris
Revisión:
Ing. Roberto Martínez