CONCEPTOS BÁSICOS DE INSTRUMENTACIÓN Y MEDICIONES ELÉCTRICAS
Definiciones importantes en instrumentación
A menudo, cuando se lee un
artículo técnico o proyecto que incluye mediciones y/o
análisis de los resultados obtenidos, se observa términos relacionados con los instrumentos utilizados.
Estos instrumentos pueden ser multímetros,
osciloscopios,
generadores de señal, frecuencímetros (medidores de frecuencia) y otros.
A continuación se presenta
algunas definiciones importantes, que todo aficionado a la electrónica debe de
dominar y que ayudan a entenderl mejor qués es cada cual.
Precisión
El grado en que una medición es
legible o es especificada. Usualmente se expresa de la manera siguiente:
- en unidades de medición: dentro de +/- 5 mV. o ...
- en forma de porcentaje: legible dentro del 3 %
de la escala.
Resolución
Es el incremento más pequeño que permite
diferenciar una lectura de otra.
Sensibilidad
Es la razón entre la respuesta en la salida a un
estímulo en la entrada.
A menudo se
expresa la entrada requerida para tener:
- una salida a escala completa o ...
- una salida apenas perceptible
Error
Es la diferencia entre la medición correcta y la
obtenida. Muchas veces el error se expresa
en porcentaje de la medición correcta o también como un porcentaje de todo el
rango de medición del instrumento
utilizado.
e = [[dato obtenido – dato correcto] /
dato correcto] x 100 %
Exactitud
Es el grado en que el valor medido se aproxima al
valor correcto. Usualmente se expresa en porcentaje de error.
Linealidad
Es el grado en que el diagrama de una estimulación
de entrada, comparado con el diagrama de la respuesta a esta estimulación vista
en la salida, se aproxima a una línea recta.
Multímetro - vom - tester - polímetro
El multímetro es un instrumento de medición muy conocido también con los
nombres: VOM (Voltios, Ohmios, Miliamperímetro), Tester, Polímetro.
En la actualidad hay multímetros con capacidad de medir
muchas otras magnitudes (capacitancia,
frecuencia, temperatura, etc.).
Este instrumento de medida, por
su precio y su exactitud, sigue siendo el preferido del aficionado o
profesional en electrónica.
Existen otros instrumentos como el osciloscopio que tiene un precio más alto y se
utilizan para realizar mediciones más informativas.
Hay dos tipos de multímetros: el multímetro analógico y el multímetro digital.
Multímetro analógico y multímetro digital
Los multímetros analógicos
Los multímetros
analógicos son fáciles de identificar por una aguja que, al moverse
sobre una escala, indica el valor de la magnitud medida. Ver la figura de la
izquierda.
Los multímetros digitales
Los multímetros
digitales se identifican principalmente por un panel numérico para leer los
valores medidos, y la ausencia de la escala que es común en los mulímetros
analógicos. Ver la figura de la derecha.
Lo que sí tienen es
un selector de función y un selector de escala (algunos no tienen selector de
escala pues el VOM la determina automáticamente). Algunos tienen un solo
selector central.
El selector de funciones sirve
para escoger el tipo de medida que se realizará. Vea en la siguiente tabla cómo
ubicar el selector de funciones para medir voltaje AC y DC, corriente alterna,
corriente directa
y resistencia.
El selector de
rangos del multímetro sirve para establecer el máximo valor que se podrá
visualizar.
Si no se tiene una
idea de la magnitud a medir, es mejor empezar por el rango más grande. Esto
previene el daño o deterioro del multímetro.
Medir Voltaje en C.A.
Medir en corriente alterna (C.A.) es igual de fácil
que hacer las mediciones en corriente directa (DC).
Se selecciona, en el multímetro
que estemos utilizando, la unidad (voltios) en AC (c.a.).
Como se está midiendo en
corriente alterna, es indiferente la posición del cable negro y el rojo. Se
selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no se sabe qué
magnitud de voltaje se va a medir, escoger la escala
más grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro (VOM)
escoge la escala para medir automáticamente.
Se conecta el multímetro a
los extremos del componente (se
pone en paralelo) y se obtiene la lectura en la pantalla. En el
diagrama, V1 es el voltaje en el resistor R1, V2 es el voltaje en el resistor
R2. Vs es la fuente
de voltaje AC. La lectura obtenida es el valor RMS o efectivo del voltaje.
Medir corriente alterna
Se selecciona, en el multímetro que
estemos utilizando, la unidad (amperios) en AC (c.a.). Como se está
midiendo en corriente alterna, es indiferente la posición del cable negro y el
rojo. Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no se
sabe qué magnitud de corriente se va a medir, escoger la escala más grande). Si
no tiene selector de escala, seguramente el multímetro / VOM escoge la escala
automáticamente.
Para
medir una corriente con el multímetro,
éste tiene que ubicarse en el paso de la corriente que se desea medir. Para
esto se abre el circuito en el lugar donde pasa la corriente a medir y
conectamos el multímetro (se pone en "serie"). Ver el
diagrama.
En algunas ocasiones no es posible abrir el
circuito para colocar el amperímetro. En estos casos, si se desea averiguar la
corriente que pasa por un elemento, se utiliza la Ley de Ohm
para averiguar la corriente en forma indirecta.
Se mide el voltaje que hay entre los terminales
del elemento por el cual pasa la corriente que se desea averiguar y después,
con la ayuda de la Ley de Ohm (V = I x R), se obtiene la corriente (I = V / R).
Para obtener una buena medición, se debe tener los
valores exactos tanto del voltaje (en AC) como del resistor.
Una opción es utilizar un amperímetro de gancho,
que permite obtener la corriente que pasa por un circuito sin abrirlo. Este
dispositivo, como su nombre lo indica, tiene un gancho que se coloca alrededor
del conductor
por donde pasa la corriente y mide el campo
magnético alrededor de él.
Esta medición es directamente
proporcional a la corriente que circula por el conductor y que se muestra con
ayuda de una aguja o pantalla. El valor obtenido por este tipo de medición es RMS o efectivo
de la corriente.
Nota: Multímetro = VOM = Tester =
Polímetro
Localización de fallas en circuitos pasivos. Resistores, capacitores e inductores.
Circuito Abierto, Componentes Variados, Conexiones Defectuosas
Para localizar fallas de un
circuito, sería ideal conocer su funcionamiento en condiciones normales. Si es
así, la comparación de las medidas de la situación actual con la ideal,
permitirá la ubicación de las fallas en el circuito. Si alguna de las medidas
es diferente, es en ese lugar o en alguno cercano donde está localizada la
falla. Las medidas a comparar serían tensiones,
resistencias
y corrientes (en ese orden).
Acordarse que las mediciones de
tensión se pueden hacer directamente en el circuito en
funcionamiento. Este es el método más utilizado y el que normalmente indica dónde
pueden estar los problemas. Una vez detectado un problema, a veces es necesario
comprobar elementos individuales (revisar valores de resistores, comprobar inductores y capacitores).
Para medir corriente hay que abrir el circuito en
la parte por donde ésta circula y para medir resistores lo ideal es separarlos
del circuito donde están.
Algunas fallas típicas
Un circuito abierto
En un circuito abierto, como podría ser una
resistencia quemada, no hay paso de corriente, lo que da como consecuencia que
la tensión entre sus terminales sea diferente a la esperada. (generalmente
mayor).
En un circuito serie de resistencias
como el de la figura, una de las resistencias está abierta, por lo que no
circula corriente en el circuito y, como consecuencia, la tensión entre los
terminales de la resistencia dañada es la tensión
de la fuente.
Esta misma situación puede deberse a una mala soldadura
o a un cable cortado (no hay paso de corriente).
Valores de componentes variados
Este caso se puede presentar cuando uno o más de
los elementos de un circuito se hayan calentado. Algunas veces se puede
observar a simple vista la resistencia que se calienta, por que su color es
diferente.
En el caso de las resistencias en serie, las
medidas serán diferentes a las esperadas, aunque circulará corriente por el
circuito. Esta circunstancia se puede dar también cuando el circuito se ha
cableado de manera incorrecta (se han colocado las resistencias de valor
equivocado)
Tomar en cuenta que en este caso las medidas serán
diferentes en todo el circuito y, si la resistencia variada no es detectable a
simple vista, habrá que medir todas las resistencias.
Nota:
Para medir resistores hay que desconectar la tensión de alimentación del
circuito. Si fuera posible retirar el resistor del circuito sería mejor, pues
una medición de éste en el circuito podría dar un valor incorrecto debido a
posibles componentes de diferente tipo que podrían estar en paralelo con él.
Conexiones defectuosas
Cuando las conexiones no están bien hechas
(ejemplo: mal soldadas) la corriente que pasa
por ellas encuentra una resistencia (oposición al paso de la corriente) no
esperada. Esto causa que las mediciones de tensión en los componentes sean
diferentes a las esperadas. Realizar prácticas de soldadura es una buena idea
para evitar este problema.
Los resistores
y otros elementos pueden entrar en corto. Si esto sucede, la resistencia de
este se reduce a cero (0 ohmios) y la corriente aumenta, debido a que ya no hay
la oposición al paso de la corriente que había antes.
En este caso la tensión
que hay en el elemento que entra en corto se reduce a cero (0 voltios)
Por ley
de Ohm: V = I x R. Si R = 0 ohmios, V = 0 voltios
Hay circunstancias que hacen que
la corriente en un corto aumente a valores muy grandes,
pudiendo dañar otros elementos del circuito. En el caso de la corriente de
alimentación de un circuito, esto se evita con la utilización de fusibles.
Fallas en circuitos con capacitores
Para saber si un capacitor
está defectuoso, se puede probar si éste da continuidad (está en corto). Si es
así, el capacitor está dañado y hay que cambiarlo. Una prueba adicional se hace
con la ayuda de un multímetro analógico (con aguja)
conectándolo en paralelo con el capacitor.
Estando el capacitor inicialmente
descargado (0 voltios en sus terminales), este se cargará con la corriente que
le suministra el multímetro y se podrá ver cmo la aguja se mueve conforme el
capacitor se carga.
Nota:
hay que descargar el capacitor antes de hacer esta prueba. Hacerlo con cuidado
en capacitores de gran valor (electrolíticos) o descargarlo a través de un
resistor.
Algunos multímetros modernos
permiten probar capacitores y son muy útiles para el caso en que el capacitor
haya variado su valor de fábrica.
Nota:
Cuando se reemplaza un capacitor hay que respetar la tensión máxima que debe
tener entre sus terminales (dato del fabricante).
Fallas en circuitos con inductores
Normalmente estos elementos no se
dañan. Para saber si un inductor está defectuoso, se puede probar
si éste da continuidad. Si no da continuidad, el inductor está dañado (está
abierto) y hay que cambiarlo.
Hay que tener en cuenta que si a un inductor se le
prueba continuidad cuando está conectado en el circuito, se puede medir continuidad
sin tenerla, pues podría haber elementos en paralelo con el inductor que
provoquen esta medida.
ESTUDIANTES DEL INTITEC, ESPERO ESTE DOCUMENTO DESPEJE ALGUNAS INQUIETUDES Y REFUERCE SUS CONOCIMIENTOS DE MEDICIONES ELECTRICAS
NO SE OLVIDE DE DAR SU COMENTARIO
ATTE. ING WMTN 2014
Los terminos y definiciones estan mas claros
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