Download El polímetro

Mantenimiento de
equipos electrónicos
El polímetro
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
1/24
El polímetro: tipos y rangos de medida.
Un polímetro debe ser capaz de medir, al menos, tensiones y corrientes, en
continua y alterna, y resistencia eléctrica, todas ellas en diferentes rangos de
medida. Un ejemplo de las medidas que es capaz de realizar un polímetro
podría ser el siguiente:
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
2/24
El polímetro analógico:
principales características.
Precisión: Un aparato será tanto más preciso cuanto menor error cometa en la
medida. La precisión de un aparato también se conoce como clase del
aparato. Así, un aparato de clase 2 tiene un error máximo del 2% de los
valores marcados en el fondo de escala; uno de clase 5 tendrá un error
máximo del 5%, etc. En principio, según normas de estandarización, los
posibles valores de la clase de precisión de un aparato de medida son los
siguientes:
0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2.5 y 5
Sensibilidad: Un aparato podrá medir corrientes más pequeñas cuanto más
grande sea su sensibilidad. En los polímetros analógicos la sensibilidad se
define como el inverso del valor de corriente necesario para que la aguja del
microamperímetro se desvíe a fondo de escala y lo usual es expresarla en
ohmios por voltio (Ω/V), ya que de esta forma se tiene la ventaja de que se
informa al mismo tiempo de la resistencia interna del polímetro en las medidas
de tensión.
Tamaño de las escalas: La lectura de la medida se verá facilitada si las escalas
son amplias y con un marcado claro. Ayuda a la correcta realización de la
medida la existencia de una zona reflectante junto a las mismas.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
3/24
El polímetro analógico: ejemplo
de polímetro analógico.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
4/24
El polímetro analógico: constitución interna
del microamperímetro de bobina móvil.
La construcción de los polímetros analógicos se realiza en torno a un
microamperímetro de bobina móvil. La constitución de uno de estos elementos
es similar a la mostrada en el siguiente dibujo:
Para el diseño del polímetro, y para conocer características tales como su
sensibilidad, habrá que tener en cuenta el valor de la resistencia interna de la
bobina móvil del microamperímetro.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
5/24
El polímetro analógico: el circuito voltimétrico
con resistencias independientes.
Ejercicio: Calcular el circuito voltimétrico de la figura para las escalas de tensión
de 500V, 100V, 30V, 10V y 100mV. Como dato para el cálculo tener en cuenta que
la sensibilidad del microamperímetro es 20.000Ω/V.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
6/24
El polímetro analógico: el circuito voltimétrico
con resistencias en serie.
Ejercicio: Calcular el circuito voltimétrico de la figura para las escalas de tensión
de 500V, 100V, 30V, 10V y 100mV. Como dato para el cálculo tener en cuenta que
la sensibilidad del microamperímetro es 20.000Ω/V.
Ejercicio: Calcular el valor de la resistencia interna del voltímetro en cada escala y
relacionarla de alguna forma con el valor de la sensibilidad del microamperímetro.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
7/24
El polímetro analógico:
el circuito amperimétrico con
resistencias independientes.
Ejercicio: Calcular el circuito amperimétrico de la figura para las escalas de
corriente de 50uA, 5mA. Como dato para el cálculo tener en cuenta que la
sensibilidad del microamperímetro es 20.000Ω/V.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
8/24
El polímetro analógico: el circuito amperimétrico
con resistencias en serie (en anillo).
Ejercicio: Calcular el circuito amperimétrico de la figura para las escalas de
corriente de 2A, 500mA, 50mA, 10mA y 1mA. Como dato para el cálculo tener en
cuenta que el microamperímetro usado es el mismo que el empleado en el
problema de la diapositiva anterior (método de cálculo en la siguiente diapositiva).
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
9/24
El polímetro analógico: cálculo
del circuito amperimétrico.
R12345=R1R2R3 R 4R5
R1234=R1R2 R3 R4
etc.
V fondo
R12345=
I E5−I fondo
Además,
I fondo⋅R5 V fondo
R1234=R12345−R5=
I E4−I fondo
En la segunda expresión se sustituye R12345 y se despeja R5, se calcula y después se
calcula R1234.
I fondo⋅R4 I fondo⋅R5V
R123=R1234 −R4=
I E3−I fondo
fondo
Se despeja R4, se calcula y después se calcula R123.
I fondo⋅R4I fondo⋅R5 I fondo⋅R3V
R12=R123 −R3=
I E2−I fondo
fondo
Se despeja R3, se calcula y después se calcula R12. Por último,
I fondo⋅R4 I fondo⋅R5I fondo⋅R3 I fondo⋅R2 V fondo
R1=R12−R2=
I E2−I fondo
Finalmente se despeja R2, se calcula y después se calcula R1.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
10/24
El polímetro analógico:
el circuito ohmétrico.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
11/24
La medida de tensiones y
corrientes alternas.
Los microamperímetros de bobina móvil sólo pueden medir corriente continua.
Para poder llevar a cabo medidas tanto de tensión como de corriente alterna se
procede a una rectificación mediante diodos de baja tensión de conducción
(diodos schottky o diodos fabricados con germanio). Esta rectificación puede
ser de media onda o de onda completa, con el empleo de un puente
rectificador. En cada caso, para la graduación de la escala se ha de tener en
cuenta la no linealidad de la respuesta corriente-tensión de los diodos, así
como sus caídas de tensión y el valor medio de la onda suministrada por el
rectificador, valor medio que es el que determinará la medida marcada por la
aguja del microamperímetro, aunque ésta marque el valor eficaz de la tensión
o corriente medida.
Como información, los valores medios y eficaces correspondientes a una
rectificación de media onda y de onda completa son los siguientes:
●
●
V pico
V pico
Media onda:
V media =
, V eficaz=

2
2⋅V pico
V pico
Onda completa: V media =
, V eficaz =

2
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
12/24
El polímetro analógico: errores
de medida con el polímetro (I).
El error de paralelaje:
Este error se comete al leer el resultado de una medida debido a que el ojo del
observador no está en una posición perfectamente vertical respecto de la aguja de
medida. Por tanto, para eliminar o reducir este error en las medidas habrá que
mirar la aguja justo desde encima de ella. Para ayudar a corregir este error de
medida los polímetros analógicos incorporan un espejo entre las escalas de
medida. Se estará realizando una medida correcta cuando la aguja del
instrumento tape completamente su reflejo en el espejo.
Espejo de paralelaje
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
13/24
El polímetro analógico: errores
de medida con el polímetro (II).
El error instrumental en la medida de tensiones y corrientes:
A partir de la clase del instrumento de medida podemos deducir lo siguiente para
las medidas de tensión y corriente, tanto en continua como en alterna:
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
14/24
El polímetro analógico: errores
de medida con el polímetro (III).
El error instrumental en las medidas óhmicas:
En el caso de medidas óhmicas el mínimo error se obtiene en la zona media de la
escala, aumentando éste a medida que nos alejamos de ella:
Regla práctica
Si el número correspondiente al centro de la escala
óhmica es n entonces, la zona 1 es la comprendida
entre 2n y n/2. La zona 2 será la comprendida, por
un lado, entre 10n y 2n, y por el otro entre n/2 y
n/10.
La zona 3 ha de evitarse siempre que sea posible.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
15/24
El polímetro analógico: errores
de medida con el polímetro (IV).
Error en la medida de tensiones por cargar el circuito bajo
prueba:
Es un hecho físico bien establecido que cualquier acto de medida altera la magnitud
que se trata de medir. En el caso de la medida de tensiones esto no es menos
cierto. Cuando se conecta un polímetro para medir la tensión de un punto de un
circuito la tensión de dicho punto siempre se reduce al conectar el polímetro, ya que
se produce un efecto de carga del polímetro sobre el circuito:
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
16/24
El polímetro analógico: errores
de medida con el polímetro (V).
Para reducir este efecto de carga se tendrá que tener la precaución de que el punto
al que se quiere aplicar el polímetro presente una resistencia Thevenin menor de al
menos 10 veces la presentada por el polímetro. Cuanto menor sea esta resistencia
respecto a la del polímetro menos se cargará al circuito y, por tanto, menor será el
error introducido por el hecho de medir:
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
17/24
El polímetro analógico: errores
de medida con el polímetro (VI).
Error en la medida de las corrientes por variación de la
resistencia de malla:
El polímetro preparado para medidas de corriente presenta una resistencia interna,
que aunque pequeña, no es cero. Al intercalar el polímetro en el circuito para medir
la corriente dicha resistencia queda insertada en el circuito y su efecto será
disminuir la corriente que pasa por ese punto. Por tanto, la corriente medida será
siempre inferior a la que realmente circula por el punto en que se efectúa la
medida. Sin embargo, este efecto es mucho menos acusado que en el caso de la
medida de tensiones, así que por norma general no deberemos preocuparnos por
el. De todas formas, no está de más tener en cuenta que mientras más pequeña
sea la escala de medida de corrientes mayor será la resistencia interna que
presentará el polímetro.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
18/24
El polímetro digital:
principales características.
La precisión de los polímetros digitales vienen determinada, sobre todo, por su
conversor analógico a digital, siendo habitualmente más precisos que los
polímetros analógicos. Lo usual es indicar la precisión de la medida como ± el
número de unidades de error en el dígito menos significativo de la medida
mostrada en el display del polímetro, aunque lo correcto es hacerlo así:
±(% de error en la medida + nº de unidades de error en el dígito menos significativo)
Por ejemplo,
La precisión no es constante para todas las escalas, sino que varía con ellas. Por
ejemplo, un polímetro podría tener una precisión de ±(0.7%+2) en la escala de
400mV y una precisión de ±(0.5%+2) en la escala de 400V.
Otra característica de los polímetros digitales es la resolución, que es, para cada
escala concreta, el mínimo incremento de la magnitud medida que se puede
mostrar en el display.
En cuanto a la resistencia interna, es muy alta en las medidas de tensión
(típicamente 10MΩ) y tan baja como la de los analógicos en las medidas de
corriente.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
19/24
El polímetro digital: ejemplos
de polímetros digitales.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
20/24
El polímetro digital: constitución
interna de los polímetros digitales (I).
Principales bloques constituyentes de un polímetro digital:
• Los conversores a tensión continua: transforman tensiones eléctricas alternas en
tensiones continuas de valor proporcional al valor de la tensión eficaz de la tensión
alterna bajo medida. En este bloque se pueden producir errores de conversión para
tensiones alternas no sinusoidales debido al método de conversión (multiplicar el valor
de pico por 0,707). Este inconveniente se soluciona en los polímetros de tipo True RMS
(de conversión térmica, de cálculo analógico o de cálculo digital), capaces de medir el
valor eficaz de cualquier tipo de tensión alterna.
• El ADC: el conversor de analógico a digital digitaliza el valor de la tensión continua que
entrega el bloque anterior. Este paso es necesario antes de poder mostrar la
información por el display.
• Controlador del display: su función es la de hacer que la información de salida del
ADC se muestre de forma correcta en el display.
• Display LCD: es el encargado de mostrar el valor de la magnitud medida así como,
usualmente, las unidades del valor mostrado.
En los modelos más modernos (y caros) suelen existir un bloque de control a base de
un microcontrolador y un bloque de comunicaciones serie RS-232, o de otro tipo,
como el GPIB (General Purpose Instrumentation Bus) para la conexión a un ordenador.
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
21/24
El polímetro digital: constitución
interna de los polímetros digitales (II).
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
22/24
El polímetro digital: constitución
interna de los polímetros digitales (III).
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
23/24
El ancho de banda en la medida de
tensiones y corrientes alternas.
Cuando se mide con un polímetro, analógico o digital, una tensión o corriente alterna
la medida no sólo puede ser falseada por los efectos ya vistos (efecto de carga,
variación de corriente de malla, error de paralelaje, forma no sinusoidal), sino que
también hay que tener en cuenta el ancho de banda del polímetro.
El ancho de banda es el rango de frecuencias en las que el polímetro es capaz de
medir correctamente el valor eficaz de la tensión o corriente bajo medida. Fuera de
esta rango la medida mostrada por el polímetro deja de ser fiable, por exceso o por
defecto.
Un ejemplo de limitación en el ancho de banda de medida de un polímetro digital
podría ser el siguiente:
En el caso de uno analógico...
Los polímetros de calidad elevada pueden llegar a tener anchos de banda superiores
a los 100kHz, como el Fluke 8846A (AB=300kHz).
Desarrollo de Productos Electrónicos
El polímetro
24/24