Amperimetro y Voltimetro

1. Concepto de Amperímetro: Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio. Si hablamos en términos básicos, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt". Disponiendo de una gama de resistencias shunt, podemos disponer de un amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico. 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 en 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 eléctrica circulante. El amperímetro se coloca intercalado en el circuito en el que queremos medir la intensidad de corriente (circulación de electrones): es como cortar el cable en un punto e intercalar entre los dos extremos del cable el amperímetro. Esto es lo que se llama colocarlo en serie con el circuito. Al colocarlo así, toda la corriente del circuito circula por el amperímetro. El circuito tiene ahora una resistencia añadida (RA) porque el amperímetro lo "carga" y ya no es el circuito que queríamos estudiar, sino uno modificado. Para minimizar este efecto ponemos, paralelo al "mecanismo" del amperímetro y dentro de él, un cable "grueso" (con poca resistencia) para que casi toda la corriente pase por el cable y sólo una parte vaya al mecanismo del amperímetro. La corriente es una de las cantidades más importantes que uno quisiera medir en un circuito eléctrico. Se conoce como amperímetro al dispositivo que mide corriente. La corriente que se va a medir debe pasar directamente por el amperímetro, debido a que éste debe conectarse a la corriente. Los alambres deben cortarse para realizar las conexiones en el amperímetro. Cuando use este instrumento para medir corrientes continuas, asegúrese de conectarlo de modo que la corriente entre en la terminal positiva del instrumento y salga en la terminal negativa. Idealmente, un amperímetro debe tener resistencia cero de manera que no altere la corriente que se va a medir. Esta condición requiere que la resistencia del amperímetro sea pequeña comparada con R, + R2. Puesto que cualquier amperímetro tiene siempre alguna resistencia, su presencia en el circuito reduce ligeramente la corriente respecto de su valor cuando el amperímetro no está presente. Amperímetro de bobina móvil. La bobina móvil, teniendo en cuenta su delicada construcción, no puede conducir más que una pequeña fracción de amperío. Para valores mayores, la mayor parte de la corriente se hace por una derivación, o shunt, de baja resistencia en paralelo con el instrumento. La escala, sin embargo, se calibra

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generalmente para leer en ella la corriente total 1, aun cuando la corriente I, que pasa por la bobina sea sólo de unos cuantos miliamperios. El shunt típico, consiste en una o más tiras de aleación de resistencia soldadas a bloques termínales de latón; el cable se atornilla a éstos, suministrándose los tornillos necesarios. Las tiras se hacen a menudo de manganina que tiene un bajo coeficiente de temperatura. También, aunque no está representado en la figura, es útil conectar un resistor de recarga de coeficientes de temperatura despreciable, en serie con la bobina. De este modo, la distribución de corriente entre el instrumento y la derivación es afectada muy poco por la temperatura. Otra posible fuente de error se debe a la corriente termoeléctrica establecida en el circuito local por una diferencia de temperatura entre los extremos de la derivación, que podría originarse por un calentamiento desigual de las conexiones con el cable. La manganina es también apropiada en este respecto, debido a su baja f.e.m. termoeléctrica con el latón. Aunque la resistencia de la derivación para grandes corrientes es menor que para las pequeñas, la potencia absorbida es mayor, debido a que es proporcional al cuadrado de la corriente y a la resistencia. Para corrientes pequeñas la derivación se acomoda por lo general dentro de la caja del instrumento. Para corrientes intensas el gran tamaño necesario para una adecuada disipación del calor hace necesario el montaje externo, lo que tiene la ventaja que el instrumento puede encontrarse lejos de la derivación, incluso en un cuarto separado. 2. Clasificación del Amperímetro: Los sistemas de medida más importantes son los siguientes: magnetoeléctrico, electromagnético y electrodinámico, cada una de ellas con su respectivo tipo de amperímetro. -Magnetoeléctrico: Para medir la corriente que circula por un circuito tenemos que conectar el amperímetro en serie con la fuente de alimentación y con el receptor de corriente. Así, toda la corriente que circula entre esos dos puntos va a pasar antes por el amperímetro. Estos aparatos tienen una bobina móvil que está fabricada con un hilo muy fino (aproximadamente 0,05 mm de diámetro) y cuyas espiras, por donde va a pasar la corriente que queremos medir, tienen un tamaño muy reducido. Por todo esto, podemos decir que la intensidad de corriente, que va a poder medir un amperímetro cuyo sistema de medida sea magnetoeléctrico, va a estar limitada por las características físicas de los elementos que componen dicho aparato. El valor límite de lo que podemos medir sin temor a introducir errores va a ser alrededor de los 100 miliamperios, luego la escala de medida que vamos a usar no puede ser de amperios sino que debe tratarse de miliamperios. Para aumentar la escala de valores que se puede medir podemos colocar resistencias en derivación, pudiendo llegar a medir amperios (aproximadamente hasta

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300 amperios). Las resistencias en derivación pueden venir conectadas directamente en el interior del aparato o podemos conectarlas nosotros externamente. -Electromagnético: Están constituidos por una bobina que tiene pocas espiras pero de gran sección. La potencia que requieren estos aparatos para producir una desviación máxima es de unos 2 vatios. Para que pueda absorberse esta potencia es necesario que sobre los extremos de la bobina haya una caída de tensión suficiente, cuyo valor va a depender del alcance que tenga el amperímetro. El rango de valores que abarca este tipo de amperímetros va desde los 0,5 A a los 300 A. Aquí no podemos usar resistencias en derivación ya que producirían un calentamiento que conllevaría errores en la medida. Se puede medir con ellos tanto la corriente continua como la alterna. Siendo solo válidas las medidas de corriente alterna para frecuencias inferiores a 500 Hz. También se puede agregar amperímetros de otras medidas eficientes. -Electrodinámico: Los amperímetros con sistema de medida "electrodinámico" están constituidos por dos bobinas, una fija y una móvil. 3. Utilización del Amperímetro: Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperímetro, por lo que éste debe colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. El amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible con la finalidad de evitar una caída de tensión apreciable (al ser muy pequeña permitirá un mayor paso de electrones para su correcta medida). Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, están 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 dañarse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por éste 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 el galvanómetro se puede emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios. La pinza amperimétrica es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la intensidad de la corriente.

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Figura 1.- Conexión de un amperímetro en un circuito En la Figura 1 mostramos la conexión de un amperímetro (A) en un circuito, por el que circula una corriente de intensidad (I), así como la conexión del resistor shunt (RS). El valor de RS se calcula en función del poder multiplicador (n) que queremos obtener y de la resistencia interna del amperímetro (RA) según la fórmula siguiente:

Así, supongamos que disponemos de un amperímetro con 5 Ω de resistencia interna que puede medir un máximo de 1 A (lectura a fondo de escala). Deseamos que pueda medir hasta 10 A, lo que implica un poder multiplicador de 10. La resistencia RS del shunt deberá ser:

4. Pinza Amperimétrica: La pinza amperimétrica es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la corriente para colocar un amperímetro clásico.1 El funcionamiento de la pinza se basa en la medida indirecta de la corriente circulante por un conductor a partir del campo magnético o de los campos que dicha circulación de corriente que genera. Recibe el nombre de pinza porque consta de un sensor, en forma de pinza, que se abre y abraza el cable cuya corriente queremos medir. Este método evita abrir el circuito para efectuar la medida, así como las caídas de tensión que podría producir un instrumento clásico. Por otra parte, es sumamente seguro para el operario que realiza la medición, por cuanto no es necesario un contacto eléctrico con el circuito bajo medida ya que, en el caso de cables aislados, ni siquiera es necesario levantar el aislante. 5. Uso de la Pinza Amperimétrica: Para utilizar una pinza, hay que pasar un solo conductor a través de la sonda, si se pasa más de un conductor a través del bucle de medida, lo que se obtendrá será la suma

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vectorial de las corrientes que fluyen por los conductores y que dependen de la relación de fase entre las corrientes. Si la pinza se cierra alrededor de un cable paralelo de dos conductores que alimenta un equipo, en el que obviamente fluye la misma corriente por ambos conductores (y de sentido o fase contrarios), nos dará una lectura de "cero". Por este motivo las pinzas se venden también con un accesorio que se conecta entre la toma de corriente y el dispositivo a probar. El accesorio es básicamente una extensión corta con los dos conductores separados, de modo que la pinza se puede poner alrededor de un solo conductor. La lectura producida por un conductor que transporta una corriente muy baja puede ser aumentada pasando el conductor alrededor de la pinza varias veces (haciendo una bobina), la lectura la real será la mostrada por el instrumento dividida por el número de vueltas, con alguna pérdida de precisión debido a los efectos inductivos. 6. Concepto de Voltímetro: El voltímetro es un aparato que mide la diferencia de potencial entre dos puntos. Para efectuar esta medida se coloca en paralelo entre los puntos cuya diferencia de potencial se desea medir. La diferencia de potencial se ve afectada por la presencia del voltímetro. Para que este no influya en la medida, debe de desviar la mínima intensidad posible, por lo que la resistencia interna del aparato debe de ser grande. Como rV es conocida, la medida de la intensidad I, permite obtener la diferencia de potencial. La resistencia serie debe de ser grande, para que la intensidad que circule por el voltímetro sea despreciable. Se puede cambiar de escala sin mas que cambiar la resistencia serie. Un dispositivo que mide diferencias de potencial recibe el nombre de voltímetro. La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera en el circuito puede medirse uniendo simplemente las terminales del voltímetro entre estos puntos sin romper el circuito. La diferencia de potencial en el resistor R2 se mide conectando el voltímetro en paralelo con R2. También en este caso, es necesario observar la polaridad del instrumento. La terminal positiva del voltímetro debe conectarse en el extremo del resistor al potencial más alto, y la terminal negativa al extremo del potencial más bajo del resistor. Un voltímetro ideal tiene resistencia infinita de manera que no circula corriente a través de él. Esta condición requiere que el voltímetro tenga una resistencia que es muy grande en relación con R2. En la práctica, si no se cumple esta condición, debe hacerse una corrección respecto de la resistencia conocida del voltímetro. Voltímetro de bobina móvil. La mayoría de los voltímetros no miden la d.d.p. com tal, sino que toman una pequeña corriente de operación proporcional a aquélla; pueden considerarse por tanto como miliamperfmetros de alta resistencia, calibrados en voltios. En un instrumento de bobina móvil, no es posible hacer la resistencia de la bobina suficientemente grande, por lo que se conecta en serie con la bobina un resistor R de eureka o de otra aleación de alta resistencia, con un despreciable coeficiente de temperatura; a esta resistencia se le llama a veces un resistor de multiplicación o

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multiplicador, porque permite leer en el instrumento un alto voltaje V, con sólo un bajo voltaje V, aplicado a través de la bobina. Por lo general, el multiplicador se monta dentro de la caja del instrumento, pero puede estar afuera si la gama de medidas es muy grande. El voltímetro debe tomar solamente una corriente pequeña que no perturbe apreciablemente el circuito donde se conecta. La recíproca de la corriente total es usada a menudo como una medida de esta propiedad. En el ejemplo anterior la recíproca es 1/0.015 = 66.7, lo que significa que cualquiera que sea su gama, el voltímetro tiene una resistencia de 66.7 ohmios por cada voltio marcado en su escala; para instrumentos usados en circuitos de potencia son comunes valores entre 50 y 500 ohmios por voltio. Frecuentemente se necesitan mayores valores para mediciones en aparatos para corrientes de iluminación, pero entonces el instrumento es necesariamente más delicado y fácil de dañar. 7. Características del Voltímetro: -El voltímetro viene fabricado en dos versiones para medir voltaje tanto en corriente alterna (A.C.) como en continua (C.C.) -La unidad básica de medida expresada en los voltímetros es el voltio. -Los voltímetros se simbolizan con la letra V encerrada en un círculo. -El voltímetro siempre se conecta en paralelo o “en derivación” en el circuito, nunca en serie. Para medir el voltaje no debe romper el circuito, además se deben tomar las siguientes precauciones:  

Que al medir el voltaje desconocido se debe empezar con instrumentos de mayor gama o capacidad. Que los terminales estén bien conectados, con la polaridad correcta: el negro es negativo y el rojo es positivo.

8. Clasificación del Voltímetro: -Voltímetros Electromecánicos: Estos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos para corriente continua y para corriente alterna. -Voltímetros Electrónicos: Añaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada (del orden de los 20 mega ohmios) y mayor sensibilidad. Algunos modelos ofrecen medida de "verdadero valor eficaz" para corrientes alternas. Los que no miden el verdadero valor eficaz es porque miden el valor de pico a pico, y suponiendo que se trata de una señal sinusoidal perfecta, calculan el valor eficaz por medio de la siguiente fórmula:

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-Voltímetros Vectoriales: Se utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan una indicación de su fase. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de aparatos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general. Son dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica. -Voltímetros Digitales: Dan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autorrango y otras funcionalidades. El sistema de medida emplea técnicas de conversión analógico-digital (que suele ser empleando un integrador de doble rampa) para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica LCD. El primer voltímetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "Non-Linear Systems" (y posteriormente fundador de Kaypro) en 1954. 9. Utilización del Voltímetro: Se usa tanto por los especialistas y reparadores de artefactos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general, dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la Electrónica. Para efectuar esta medida se coloca en paralelo entre los puntos cuya diferencia de potencial se desea medir. La diferencia de potencial se ve afectada por la presencia del voltímetro. Para que este no influya en la medida, debe de desviar la mínima intensidad posible, por lo que la resistencia interna del aparato debe de ser grande. Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue el momento necesario para el desplazamiento de la aguja indicadora.

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Figura 1.- Conexión de un voltímetro en un circuito En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento. En la Figura 1 se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia de potencial. En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total. A continuación se ofrece la fórmula de cálculo de la resistencia serie necesaria para lograr esta ampliación o multiplicación de escala: , Donde N es el factor de multiplicación (N≠1) Ra es la Resistencia de ampliación del voltímetro Rv es la Resistencia interna del voltímetro 10. Aplicaciones del Voltímetro: -Para determinar el voltaje o tensión de los circuitos energizados. -Para medir caídas de tensión en distintos equipos conectados en serie o en paralelo. -Conectado con un amperímetro podemos medir resistencias. -Para medir el voltaje efectivo de la batería de un vehículo y pilas en general. -En las plantas de generación eléctrica se utiliza para señalizar la tensión que se genera. 11. Otros Aspectos del Voltímetro: El voltímetro debe contar con una resistencia interna lo más alta que sea posible, de modo que su consumo sea bajo, y así permitir que la medición de la tensión del voltímetro se realice sin errores. Para poder cumplir con este requerimiento, los

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voltímetros que basan su funcionamiento en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, poseen unas bobinas con hilo muy fino y de muchas espiras, a fin de que, aún contando con una corriente eléctrica de baja intensidad, el aparato cuente con la fuerza necesaria para mover la aguja. Aunque la resistencia de la derivación para grandes corrientes es menor que para las pequeñas, la potencia absorbida es mayor, debido a que es proporcional al cuadrado de la corriente y a la resistencia. Para corrientes pequeñas la derivación se acomoda por lo general dentro de la caja del instrumento. Para corrientes intensas el gran tamaño necesario para una adecuada disipación del calor hace necesario el montaje externo, lo que tiene la ventaja que el instrumento puede encontrarse lejos de la derivación, incluso en un cuarto separado. En un instrumento de bobina móvil, no es posible hacer la resistencia de la bobina suficientemente grande, por lo que se conecta en serie con la Bobina un resistor R de eureka o de otra aleación de alta resistencia, con un despreciable coeficiente de temperatura; a esta resistencia se le llama a veces un resistor de multiplicación o multiplicador, porque permite leer en el instrumento un alto voltaje V, con sólo un bajo voltaje V, aplicado a través de la bobina. Por lo general, el multiplicador se monta dentro de la caja del instrumento, pero puede estar afuera si la gama de medidas es muy grande. Voltímetro de bobina móvil. La mayoría de los voltímetros no miden la d.d.p. como tal, sino que toman una pequeña corriente de operación proporcional a aquélla; pueden considerarse por tanto como miliamperímetros de alta resistencia, calibrados en voltios. El voltímetro debe tomar solamente una corriente pequeña que no perturbe apreciablemente el circuito donde se conecta. La recíproca de la corriente total es usada a menudo como una medida de, esta propiedad.

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CONCLUSIONES 

El amperímetro y el voltímetro son instrumentos destinados a la medición de magnitudes eléctricas.

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Es posible medir la resistencia con el amperímetro y el voltímetro.

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El amperímetro se usa para medir corrientes y por tanto se intercala en el circuito, es decir que toda la corriente al ser medida debe pasar a través de el. (se dice que se conecta en serie con el circuito )Debido a esto debe presentar una resistencia interna lo menor posible para que esta no sea causa de limitación de la corriente del circuito.

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El voltímetro se usa para medir tensión, diferencia de potencial, voltaje. Este instrumento se coloca en paralelo con el componente del circuito elegido. Es muy deseable que su resistencia interna sea lo mayor posible ya que esta resistencia quedara en paralelo con la del componente a medir y si es baja producirá errores de lectura.

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El amperímetro debe tener una resistencia interna muy pequeña para que la intensidad de la corriente en el sea mas elevada. El voltímetro debe tener una resistencia interna muy grande para que la intensidad de la corriente en el sea reducida.

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ANEXOS

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IMÁGENES Imagen número 1. Amperímetro

Imagen número 2. Amperímetro con caja de baquelita

Imagen número 3. Amperímetro digital

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Imagen número 4. Amperímetro analógico

Imagen número 5. Pinzas amperimétricas

Imagen número 6. Dos voltímetros digitales

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WEBGRAFÍA http://es.wikipedia.org/wiki/Amper%C3%ADmetro http://es.wikipedia.org/wiki/Pinza_amperim%C3%A9trica http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/electricidad3E/amperimetro2.htm http://html.rincondelvago.com/multimetros_voltimetro-amperimetrogalvanometro.html http://www.monografias.com/trabajos81/uso-del-voltimetro-y-amperimetro/uso-delvoltimetro-y-amperimetro.shtml http://es.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetro#Clasificaci.C3.B3n http://www.slideshare.net/Radablanco/el-voltmetro http://www.ecured.cu/index.php/Volt%C3%ADmetro

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