Carrera de Electronica - Amperimetros y Voltimetros

concepto:

Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.

Los amperímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en amperios.

El aparato descrito corresponde al diseño original, ya que en la actualidad los amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la medida de la caída de tensión sobre un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los cálculos para presentar en un display numérico el valor de la corriente circulante.

Utilización [editar]

Para efectuar la medida de la intensidad de la corriente circulante el amperímetro ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. Esto nos lleva a que el amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible, a fin de que no produzca una caída de tensión apreciable. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.

En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que podrían soportar los delicados devanados y órganos mecánicos del aparato sin destruirse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por este una fracción de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt.
Aunque la mayor parte de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la intensidad total por lo que al utilizar esta proporcionalidad, el galvanómetro se puede así emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios.

Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.

Figura 1.- Conexión de un amperímetro en un circuito

En la Figura 1 se puede observar la conexión de un amperímetro (A) en un circuito, por el que circula una corriente de intensidad (I).
Asimismo, se muestra la conexión del resistor shunt (R_S).

El valor de R_S se calcula en función del poder multiplicador (n) que queremos obtener y de la resistencia interna del amperímetro (R_A) según la fórmula siguiente:

$R_S = frac{R_A }{n-1}$

Así si queremos que un amperímetro con resistencia interna de 5 ohmios, que, sin shunt, puede medir un máximo de 1 A pueda medir hasta 10 A, el shunt debe tener un poder multiplicador de 10, por tanto R_S deberá ser:

$R_S = frac{5}{9} = 0.555 Omega$

Amperímetros y voltímetros

La corriente en un circuito (o en parte de un circuito) se mide conectando un amperímetro de baja resistencia interna en serie con el circuito. La diferencia de potencial (voltaje) entre dos puntos de un circuito conectando un voltímetro de elevada resistencia interna sobre dos puntos (es decir, en paralelo). La resistencia se puede medir dividiendo la lectura del voltímetro por la del amperímetro (dado que R = E/I ) . El rango de medición de un amperímetro se extiende conectando una resistencia llamada shunt, en paralelo con el amperímetro. Dado que la corriente se divide en proporción inversa a la resistencia, el shunt puede calcularse por a relación:

Fig. 1-12. Ilustración del Problema 46.

El rango de un voltímetro se extiende conectando una resistencia ( llamada multiplicador) en serie con el instrumento. La resistencia total (voltímetro + multiplicador) debe ser igual al rango de voltaje deseado, dividido por la corriente del instrumento a plena escala (dado que R = E/I) :

La resistencia del multiplicador se determinará por esta relación.

PROBLEMA 45. Un voltímetro indica 6 volts cuando se lo conecta sobre los terminales de una batería en circuito abierto. Cuando la batería se conecta a una resistencia de 4 ohms, el voltímetro indica 5 volts. ¿Cuál es la resistencia interna de la batería?

SOLUCIóN. Con la resistencia conectada, el voltaje en los terminales es igual a la caída de potencial en el circuito externo. Entonces,

PROBLEMA 46. El valor de una resistencia desconocida (Rx) se determina por el método del voltímetro y el amperímetro. (a) Con los instrumentos conectados como se indica en Fig 1-12 (A), el amperímetro indica 6,55 mA y el voltímetro indica 46,7 volts. ¿Cuál es la resistencia calculada por medio de estas lecturas? Como se sabe que los instrumentos son poco sensibles, se aplica una corrección a la lectura. Si el amperímetro tiene una resistencia interna de 500 ohms y el voltímetro tiene una resistencia interna de 25.000 (25 K) , ¿cuál es la verdadera corriente y voltaje en Rx y cuál es su valor? Determinar también el voltaje aplicado por la fuente. (b) Si los instrumentos se conectan como se indica en Fig. 1-12 (b), y R, y el voltaje aplicado son los mismos que en (a) , ¿cuál sería la verdadera corriente a través de Rx , y cuál la lectura del amperímetro; cuál sería el voltaje y la indicación del voltímetro sobre Rx y la resistencia de Rx determinada por este método?

voltaje aplicado = voltaje sobre R_x + voltaje sobre amperímetro = 46,7 volts, + 6,55 x 10^-3 amp X 500 ohms
= 46,7 volts + 3,3 volts (aprox.) = 50 volts

(b) Ver fig. 1- 12 (B) :

En el circuito de la Fig 1-12 (B) el amperímetro lee correctamente, pero el voltímetro indica la diferencia de potencial sobre R_x el amperímetro (es decir, el voltaje aplicado). La resistencia 10.000 ohms y el voltaje aplicado de la fuente= 50 volts, como se determinó en (a)

La corriente a través de R_x = E/R = 50 volts / ( 500 ohms + 10.000 ohms ) = 50 volts / 10.500 ohms = 4,76 X 10^-3 amp = 4,76 mA

Como el amperímetro indica correctamente 4,76 mA es la corriente indicada por el instrumento .

Verdadero voltaje sobre R_x = IR_x= 4,76 x 10^-3 X 10.000 ohms = 47,6 volts

lectura del voltímetro = voltaje de la fuente = 50 volts

Entonces, resistencia indicada = lectura voltímetro / lectura amperímetro = 50 volts / 4,76 X 10^-3 amp = 10.500 ohms .

El método de la Fig 1-12 (B) indicaría con mayor aproximación la verdadera resistencia de R_x (10.000 ohms).

PROBLEMA 47. Se requiere que el 30% del total de una corriente pase a través de un amperímetro de 0,08 ohms de resistencia interna.

Determinar la resistencia del shunt (R _shunt)

SOLUCIÓN. Si 0,3 de la corriente total pasa por el amperímetro, la corriente por el shunt debe ser 0,7 de la corriente total. Por lo tanto:

PROBLEMA 48. Un miliamperímetro tiene una sensibilidad (a plena escala) de 1 mA y una bobina con una resistencia de 75 ohms. ¿Qué resistencia shunt es necesaria para extender el rango del instrumento a 0,1 amp a plena escala?

SOLUCIÓN. Dado que la deflexión a plena escala del instrumento es 0,1 amp (100 mA), 0,099 amp (99mA) deben circular a través del shunt y 0,001 amp (1 mA) a través de la bobina del instrumento. Entonces,

PROBLEMA 49. Un voltímetro tiene una resistencia interna de 4000 ohms y marca 1 volt por división de escala. ¿Qué resistencia multiplicadora debe agregarse en serie con el instrumento para extender su rango a 10 volts por división?

SOLUCIÓN. Corriente del voltímetro por división de escala:

Alternativamente, dado que el rango debe extenderse por diez, 1/10 ó 0,1 de la caída de voltaje debe reducirse en el voltímetro y 9/10 ó 0,9 de la caída total debe producirse en el multiplicador. Dado que la caída de voltaje varía con la resistencia del instrumento y del multiplicador (circuito serie),

PROBLEMA 50. Un galvanómetro de 0,1 mA de deflexión a plena escala y de 75 ohms de resistencia interna, se usa como voltímetro.

¿ Cuál es el máximo voltaje (a plena escala) que puede indicar el instrumento? ¿Qué multiplicador debe conectarse en serie con la bobina para extender el rango del instrumento a 100 volts máximos?

SOLUCIÓN. El voltaje para deflexión a plena escala (1 mA),

E = IR = 0,001 amp X 75 ohms = 0,075 volt = 75 mV

Para extender el rango a 100 volts,