Amperímetro Medidas de tensiones e
intensidades
En general, las medidas industriales de tensiones e
intensidades de corriente se realizan mediante lectura directa, utilizando los
aparatos indicadores y registradores adecuados.
Se denomina amperímetro al aparato de medida ya sea
indicador o registrador, destinado a medir la intensidad de la corriente
eléctrica mediante lectura directa.
La alimentación puede hacerse directamente o a través de
transformadores de intensidad.
La escala de medida está indicada directamente en
amperios. Si deben medirse intensidades de corriente débiles, la escala de
medida correspondiente ha de ir indicada en miliamperios por lo que el aparato
de medida recibe el nombre de miliamperímetro.
Voltímetro
Se denomina voltímetro el aparato de medida ya sea
indicador o registrador, destinado a medir la tensión eléctrica, es decir, la
diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico, mediante
lectura directa.
La alimentación puede hacerse directamente o a través de
transformadores de intensidad.
La escala de medida está indicada directamente en
voltios.
En el caso de que deban medirse tensiones muy pequeñas,
la escala de medida correspondiente ha de ir indicada en milivoltios por lo que
el aparato de medida recibe el nombre de milivoltímetro.
Lecturas de intensidad y tensión
En corriente alterna
·
Aparatos de hierro
móvil
·
Aparatos de bobina
móvil con rectificador
·
Aparatos bimetálicos
En corriente continua
·
Aparatos de bobina
móvil
Condiciones de la medición de intensidades y tensiones
En todos los casos debe
tenerse en cuenta lo siguiente:
El amperímetro,
destinado a medir intensidades se conecta en serie con el receptor de
corriente, y se intercala en el conductor por el cual circula la intensidad de
corriente que se ha de medir.
El voltímetro,
destinado a medir tensiones o diferencias de potencial, se conecta en paralelo
con el receptor de corriente y se intercala entre los puntos (generalmente los
bornes del receptor), entre los cuales existe la tensión a medir.
Influencia del consumo de los aparatos de medida en los
resultados de las mediciones (Ver en el siguiente link: http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/11/influencia-del-consumo-de-los-aparatos.html)
Los amperímetros de pinza
Se denominan también
tenazas amperimétricas y están basados en el transformador de intensidad de
pinza al que se acopla el correspondiente aparato indicador obteniéndose así el
amperímetro de pinza, constituyendo una unidad constructiva compacta y
solamente utilizable para mediciones de corriente alterna.
El aparato indicador
El aparato indicador
es, generalmente, un sistema de medida magnetoeléctrico con rectificador y, en
muchas ocasiones, dispone de varios alcances de medida. Por ejemplo: 0-10A,
0-30A, 0-100A, 0-300A, 0-1000A.
Estos alcances de
medida se obtienen conmutando el número de espiras que constituye el
transformador de intensidad.
Los modernos
amperímetros de pinza son electrónicos y de visualización mediante display
digital y el cambio de escala es automático en una amplia gama de valores.
La precisión está
limitada, se fabrican las clases 1,5 - 2,5
Amperímetro de
pinza digital
Amperímetro de
pinza analógico
La mayor ventaja de los
amperímetros de pinza está en que hacen posible la medición de intensidades de
corriente, sin necesidad de desconectar las conexiones de una instalación. Se
trata de un dispositivo de medida sencillo, rápido y muy flexible.
Medición de las intensidades de corriente de un sistema
trifásico
Medida de una fase
Si el sistema es
equilibrado, las corrientes en las tres fases serán iguales, o sea:
IR = IS = IT
Si el sistema es
desequilibrado, el amperímetro de pinza permite determinar rápidamente este
desequilibrio.
Medida simultánea de dos fases
Cuando se miden
simultáneamente las intensidades de corriente de dos fases de un sistema
trifásico, el valor de medida expresa la intensidad de corriente en la otra
fase ya que en un sistema trifásico cualquiera de los conductores sirve de
conductor de retorno a los otros dos.
Esta medida puede ser
interesante en el caso de que uno de los conductores resulte inaccesible.
Medida simultánea de tres fases
Si se miden
simultáneamente las intensidades de corriente de las tres fases de un sistema
trifásico el amperímetro no indica corriente, siempre y cuando el sistema sea
equilibrado, ya que en un sistema trifásico equilibrado se tiene que:
IR + IS + IT = 0
Si el sistema es
desequilibrado, el amperímetro marcará el valor de la intensidad de corriente
correspondiente.
Conexionado de los amperímetros
Conexión directa
Conexionado de un
amperímetro a una línea de corriente continua o a una línea de corriente
alterna monofásica.
Conexionado de un
amperímetro a una línea de corriente trifásica equilibrada.
Basta con un aparato de
medida.
Conexionado de tres amperímetros a una línea de corriente trifásica desequilibrada.
Son necesarios tres
aparatos de medida.
Conexión indirecta
Corriente continua:
·
Conexionado de un
amperímetro a una línea de corriente continua a través de un shunt.
Corriente alterna:
·
Transformador de
intensidad montado en un sistema monofásico
·
Sistema trifásico
desequilibrado, con tres transformadores de intensidad en conexión monofásica
·
Sistema trifásico
desequilibrado sin neutro, con tres transformadores de intensidad conectados en
estrella
·
Sistema trifásico
desequilibrado con neutro, con tres transformadores de intensidad conectados en
estrella
·
Sistema trifásico
equilibrado sin neutro, con dos transformadores de intensidad conectados en V
Conexionado de los voltímetros
Conexionado directo de
un voltímetro a una línea de corriente alterna monofásica
Conexionado de un
voltímetro a través de una resistencia adicional, a una línea de corriente
continua.
Conexionado directo de
tres voltímetros a una línea de corriente alterna trifásica, para lectura
simultánea de las tres tensiones entre fases.
Conexionado de un
voltímetro con conmutador bipolar rotativo, a una línea de corriente alterna
trifásica, para medición de las tres tensiones entre fases.
Conexionado de un
voltímetro con conmutador bipolar rotativo, a una línea de corriente alterna
trifásica, para medición de las tres tensiones entre fase y neutro.
Conexionado de los frecuencímetros
·
Aparatos de láminas
vibrantes
·
Aparatos de bobina
móvil con rectificador
Medidas de potencia. Vatímetros y varímetros
Vatímetros
Para la medición de la
potencia de un circuito eléctrico, se emplean los vatímetros que indican
directamente:
·
en corriente
continua, la potencia P = U·I
·
en corriente alterna
monofásica, la potencia activa P = U·I·cos ϕ
·
en corriente alterna
trifásica, la potencia activa P = √3
U·I·cos ϕ
Varímetros o vármetros
Se denominan varímetros
o vármetros, los aparatos de medida que indican directamente el valor de la
potencia reactiva de un sistema eléctrico Pr = U·I·sen ϕ .
Vatímetros
En la práctica se
emplean más frecuentemente para mediciones en corriente alterna y raramente
para mediciones en corriente continua.
Para la medición de la
potencia en corriente alterna trifásica, se insertan en una misma caja dos o
tres sistemas de medida; en estos casos, los órganos móviles del sistema de
medida se acoplan mecánicamente, de forma que los pares motores individuales se
suman, indicándose en la escala del aparato la potencia total.
El vatímetro indica la
potencia activa de un circuito eléctrico, por lo que hay que tener cuidado en
no sobrepasar los límites de alcance de intensidad de la bobina amperimétrica
del aparato de medida.
Aunque pueden
utilizarse varios sistemas de medida para medición directa de la potencia, en
la práctica, se solamente se emplean, además de los aparatos electrónicos, los
siguientes:
·
Aparatos
electrodinámicos
·
Aparatos
ferrodinámicos
·
Aparatos de
inducción
Esquemas de conexión
·
Vatímetro monofásico,
conexión directa
·
Vatímetro monofásico
conectado con transformador de intensidad
·
Vatímetro monofásico
conectado con transformadores de intensidad y tensión
· Vatímetro trifásico desequilibrado, conexión
directa
·
Vatímetro trifásico
desequilibrado, conexión con transformadores de intensidad
·
Vatímetro trifásico
desequilibrado, conexión con transformadores de tensión e intensidad
·
Vatímetro trifásico
equilibrado, conexión directa
·
Vatímetro trifásico
equilibrado, conexión con transformadores de tensión
·
Vatímetro trifásico
equilibrado, conexión con transformadores de tensión e intensidad
Elementos auxiliares de medida
Conceptos generales
La corriente eléctrica
que circula por un instrumento de medida está siempre limitada por la
posibilidad de consumo de dicho aparato y por las exigencias mecánicas y
constructivas.
Aunque algunos de estos
instrumentos pueden soportar y medir elevadas corrientes, la mayoría de ellos,
solamente soportan corrientes muy pequeñas lo que, de no existir dispositivos
especiales limitarán extraordinariamente su campo de medida.
Por otro lado, muchos
aparatos de medida se fabrican con varios campos de medición que, en cada caso,
se eligen de forma que puedan conseguirse las condiciones más favorables, en lo
que a precisión y sensibilidad se refiere.
Se presentan estos dos
problemas:
·
Necesidad de ampliar
el campo de medida, de un instrumento de medida.
·
Necesidad de
disponer de varios campos de medida, de un aparato de medida.
Accesorios de medida
Los accesorios de
medida son un conjunto de elementos que permiten resolver los problemas
citados:
·
Ampliación del campo
de medida de un instrumento de medida.
·
Disposición de
varios campos de medida.
Para ampliar y
diversificar el campo de medida se conecta al instrumento propiamente dicho, el
accesorio de medida correspondiente.
Pueden ser:
·
Resistencias,
·
Reactancias,
·
Condensadores,
·
Cables de conexión,
·
Transformadores de
medida, etc..
De éstos, unos
solamente se emplean en corriente alterna y otros pueden utilizarse en
corriente continua y alterna indistintamente.
Accesorios de medida más utilizados
A continuación se
expresan los accesorios de medida más utilizados en la práctica:
·
Resistencias en
derivación (shunts).
Se emplean casi siempre en corriente continua, aunque
también podrían emplearse en corriente alterna.
·
Resistencias en
serie (resistencias adicionales).
Se emplean casi siempre en corriente continua aunque
también podrían emplearse en corriente alterna.
·
Transformadores de
medida.
Se emplean solamente en corriente alterna; pueden ser:
o
transformadores de
intensidad
o
transformadores de
tensión
El shunt
Son resistencias calibradas
que se conectan en derivación con el aparato indicador con objeto de ampliar el
campo de medida del aparato.
Esquema de principio de una resistencia en derivación
(shunt), como convertidor de medida:
Sea
un instrumento de medida cuya resistencia interior es Rm y la máxima intensidad de corriente que puede
circular por su sistema de medida es Im.
Si se desea medir una corriente I que sea n veces
mayor que Im se conecta en paralelo al
aparato de medida una resistencia en derivación o shunt, por la que circula la corriente en exceso restante Id.
Rm =resistencia interior del aparato
Im = máxima intensidad que puede circular por el
aparato de medida
I = corriente a medir que sea n veces inferior a Im
I = n · Im
Um = Im · Rm = Rd ·
Id
I = Im + Id
·
Características de
los shunts
o
Los shunts solamente
se utilizan en mecanismos de medida cuyo consumo propio es muy pequeño, ya que
el calentamiento del shunt es siempre n veces mayor que el calentamiento del mecanismo de medida. Como
consecuencia, en la práctica solamente
los sistemas de medida magnetoeléctricos, con o sin rectificador, se dotan de shunts.
o
Los shunts no se
calibran por la intensidad de corriente que pueden absorber, sino por la caída
de tensión que producen; de esta forma, pueden utilizarse todos los shunts y
aparatos de medida que produzcan igual caída de tensión.
o
Generalmente, los
shunts que se utilizan con aparatos portátiles o de laboratorio, están
previstos para una caída de tensión en el shunt de 60 mV.
o
En los aparatos de
medida industriales y de cuadro se han normalizado las siguientes caídas de
tensión: 30; 45; 60; 100; 120; 150; 300 mV.
o
Se construyen shunts
para alcances de medida comprendidos entre 1A y 10.000A.
o
Según su exactitud,
los shunts se clasifican en 5 clases: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 y 1,0 %.
·
Disposición
constructiva
o
Para pequeñas
corrientes (hasta 20 A): alambres o cintas tensadas.
o
Para corrientes
medias (hasta 200 A): una o dos cintas o chapas tensadas.
o
Para corrientes
elevadas (hasta 1 000 A): dos o más chapas paralelas o alambres de 5 a 8 mm de
diámetro.
o
Para corrientes muy
elevadas (hasta 10 000 A): tres o más chapas paralelas.
El shunt se puede
instalar en el interior del instrumento de medida (constituyendo así un aparato
de medida) o en el exterior del instrumento de medida.
Los shunts interiores
se fabrican para intensidades hasta 100 A; para intensidades mayores se
utilizan, casi exclusivamente, los shunts exteriores, en cuyo caso se fijan al
instrumento de medida por medio de tornillos o se conectan por medio de cables
especiales.
·
Shunts con cables de
conexión
El empleo de shunts no incorporados
directamente al aparato de medida, sino conectados
a dicho aparato por medio de cables, tiene las siguientes ventajas:
o el instrumento de medida puede situarse en el lugar más
favorable para la lectura de las indicaciones;
o el shunt puede colocarse en el lugar que se considere más
adecuado;
o si la distancia es suficiente, no debe temerse la
influencia de campos magnéticos exteriores, ni aun con corrientes muy elevadas.
En los cálculos, la resistencia de
estos cables queda incluida en la del aparato de medida, de forma que, una vez ajustados,
no deben acortarse ni sustituirse por otros, ya que en ambos casos las lecturas de las medidas quedarían
falseadas.
Estos cables de conexión se fabrican
normalizados de tal forma que presenten una sección
de 1 mm² por cada metro de longitud simple. De esta manera la resistencia no depende de la longitud del cable.
·
Aplicaciones
Aunque las resistencias en derivación o shunts pueden
aplicarse indistintamente a medidas
en corriente continua y en corriente alterna, en la práctica se emplean casi exclusivamente para medidas en
corriente continua.
Para las medidas en corriente alterna se utilizan los
transformadores de medida.
Los shunts se emplean, sobre todo, para la ampliación
del campo e medida de los amperímetros,
es decir, para la medición de intensidades de corriente.
Naturalmente, también se utilizan en aquellos
aparatos y dispositivos de medida provistos
de circuitos amperimétricos (vatímetros, contadores, etc ... ), siempre en corriente continua.
Las resistencias auxiliares
Resistencia en serie (resistencias adicionales)
Con objeto de mantener
lo más baja posible la potencia consumida, el mecanismo de medida ha de recibir
intensidades de corriente muy pequeñas (en los voltímetros, de 0,1 a 50 mA
aproximadamente), con lo que solamente es posible medir directamente tensiones
muy débiles.
Si se quieren medir
tensiones relativamente elevadas, se conecta una resistencia en serie o
resistencia adicional con el aparato de medida, de forma que la corriente no
pueda exceder de los límites considerados como tolerables. De esta manera, una
parte de la tensión actúa sobre el aparato de medida y el resto (por lo
general, mucho mayor) se disipa en la resistencia adicional.
Comentarios
● En las resistencias
adicionales, la eliminación del calor producido por efecto Joule, no ofrece
especiales dificultades ya que al tratarse de valores muy elevados de
resistencias óhmicas, las intensidades de corriente son siempre pequeñas.
●
Como la resistencia
interior Rm del aparato de medida es siempre muy pequeña en comparación con la
resistencia adicional Rs, en todos los casos se puede mantener el error del
aparato de medida dentro de los límites determinados por la clase de precisión
del propio aparato de medida.
●
La resistencia
adicional se instala unas veces en el interior del aparato de medida y, otras
veces, en el exterior de dicho aparato.
● En muchos catálogos
de fabricantes de aparatos de medida, se expresa la resistencia de los
voltímetros en ohmios por voltio (Ω/V). A partir de este dato se puede reducir
el valor de la resistencia del voltímetro para un determinado campo de medida.
Por ejemplo, si la resistencia del voltímetro es de
100 Ω/V y el campo de medida es de 300
V, la resistencia del voltímetro es:
R = 100 Ω/V x 300 V = 30.000 Ω
Aplicaciones
Aunque las resistencias
en serie o resistencias adicionales pueden aplicarse indistintamente a
mediciones en corriente continua y en corriente alterna, en la práctica se
emplean con más frecuencia para medida en corriente continua.
Cuando se trata de
mediciones en corriente alterna, en muchos casos se utilizan transformadores de
medida apropiados.
Las resistencias
adicionales se emplean, sobre todo, para la ampliación del campo de medida de
los voltímetros, es decir, para la medición de tensiones y de fuerzas
electromotrices.
Pero los circuitos
voltimétricos de los vatímetros, fasímetros, frecuencímetros y otros aparatos
de medida también están provistos de resistencias adicionales.
Los transformadores de medida
Por lo general, los
aparatos de medida utilizados en las mediciones en corriente alterna, no están
construidos para soportar altas tensiones ni elevadas intensidades de
corriente. Además, en los casos de medidas a alta tensión, estos aparatos de
medida deben estar aislados de las altas tensiones para protección del personal
encargado de las mediciones.
Por estas razones, los
aparatos de medida se conectan muchas veces a los circuitos cuyas magnitudes
deben medir, a través de los denominados transformadores de medida.
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