¿Qué es un Galvanómetro?

Un galvanómetro es un dispositivo que detecta y mide la corriente eléctrica. Actúa como un transductor analógico electromecánico, generando una desviación rotacional en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que circula por su bobina.

Nota: Un transductor es un dispositivo que recibe energía de una naturaleza (eléctrica, mecánica, acústica, etc.) y la transforma en otra de diferente naturaleza, con características que dependen de la energía recibida.

Necesidad de su Invención

Con la creciente utilización de la electricidad, surgió la necesidad imperante de controlarla. Una sobrecarga en un componente eléctrico puede dañarlo irreversiblemente. De ahí la importancia de regular la corriente eléctrica, y el galvanómetro se convirtió en una herramienta esencial para este propósito.

Evolución del Galvanómetro: Contribuciones Clave

• Hans Christian Ørsted (1820): Observó la desviación de las agujas de una brújula debido a la corriente en un alambre.
• Johann Schweigger y André-Marie Ampère (1820): Desarrollaron el primer galvanómetro, amplificando el efecto del campo magnético mediante un «multiplicador».
• Luigi Galvani (Siglo XVIII): Aunque no está directamente relacionado con el desarrollo del galvanómetro como tal, sus experimentos con ranas y electricidad sentaron las bases para la comprensión de la bioelectricidad y la medición de corrientes. El nombre «galvanómetro» es un homenaje a su trabajo.
• Jacques-Arsène d’Arsonval (1882): Creó un mecanismo con un imán estático permanente y una bobina de alambre móvil suspendida por resortes en espiral.

Mecanismo D’Arsonval

El mecanismo D’Arsonval es un componente fundamental en muchos instrumentos de medición. Convierte la corriente eléctrica en un movimiento mecánico proporcional a la magnitud de la propiedad eléctrica medida. Consiste en una bobina móvil y un imán permanente.

¿Cómo funciona el mecanismo D’Arsonval?

Cuando la corriente fluye a través de la bobina, se genera un campo magnético a su alrededor. La interacción entre este campo y el campo magnético del imán permanente produce una fuerza que hace girar la bobina. Si el campo magnético de la bobina es suficientemente fuerte, esta vence la resistencia del resorte e intenta alinearse con los polos del imán. El movimiento de la bobina y el puntero es proporcional a la intensidad de la corriente que fluye a través de la bobina.

Medidores de Corriente Alterna (AC) con Rectificador

Para medir señales de corriente alterna (AC) con frecuencias superiores a unos pocos hercios utilizando un mecanismo D’Arsonval, se requiere un paso adicional. La inercia y la amortiguación del mecanismo impiden que este siga las rápidas fluctuaciones de la señal de AC.

Una solución es rectificar las señales de AC mediante circuitos con diodos. La salida del circuito rectificador es una señal unidireccional variable en el tiempo, que se utiliza para producir una deflexión en el puntero del mecanismo D’Arsonval.

Multímetros Analógicos

¿Qué es un Multímetro Analógico?

Un multímetro analógico es un instrumento versátil, útil tanto en laboratorio como en campo, capaz de medir directamente magnitudes eléctricas activas o pasivas. Permite realizar mediciones en corriente continua (DC) o alterna (AC) en varios rangos.

Partes de un Multímetro Analógico

1. Posiciones para medir la intensidad en corriente continua.
2. Posiciones para medir la tensión en corriente continua.
3. Posiciones que definen el potenciador con el que se mide una resistencia.
4. Posiciones para medir la tensión en corriente alterna.
5. Comprobación del estado de carga de las pilas.
6. Escala para medir resistencia.
7. Escala para el resto de las mediciones.

Recomendaciones para el Uso del Multímetro Analógico

1. Cuando no esté en uso, el selector debe estar en la posición de apagado.
2. Coloque el selector en la escala adecuada.
3. Nunca exceda los valores límite de protección indicados en las especificaciones para cada rango de medición.
4. Nunca realice mediciones de resistencia en un circuito energizado.
5. Mantenga los dedos detrás de la barrera de protección durante las mediciones.
6. Tenga precaución con voltajes superiores a 60V en DC y 30V en AC.

Los multímetros analógicos muestran el resultado mediante una aguja que indica el valor medido en una escala. Su rango típico es de 0.4 mV a 1000V con una precisión del 1%, y de 0.1 μA a 10A con una precisión del 2%.

Amperímetro en Corriente Continua (DC)

Los amperímetros electromecánicos, tanto industriales como de laboratorio, se utilizan para medir corrientes desde 1 μA hasta cientos de amperios. En estos dispositivos, se emplea comúnmente el mecanismo D’Arsonval como detector de corriente. Los medidores típicos de laboratorio tienen una precisión aproximada del 1% del valor de la escala completa.

Un shunt es una resistencia de bajo valor conectada en paralelo con el movimiento del medidor. Permite que una fracción específica de la corriente total del circuito se desvíe alrededor del medidor.

Voltímetro en Corriente Continua (DC)

La mayoría de los voltímetros también utilizan el mecanismo D’Arsonval. Este mecanismo puede considerarse un voltímetro si se tiene en cuenta la corriente que fluye a través de él y se multiplica por su resistencia interna, lo que produce una caída de voltaje.

Para aumentar el rango de voltaje que puede medir el instrumento, se añade una resistencia en serie con la resistencia interna del medidor. Esta resistencia adicional se denomina «multiplicador».

Interruptor Selector

Para construir un voltímetro de múltiples rangos, se puede utilizar un interruptor que conecte resistencias de diferentes valores en serie con el movimiento del medidor. La sensibilidad de un voltímetro se especifica por el voltaje necesario para una deflexión de escala completa, y se expresa en ohmios por voltio.

Uso de los Medidores Básicos

Multímetro: Definición y Funcionalidades

• La palabra «multímetro» proviene de «multi» (muchas) y «metro» (medida).
• Un multímetro combina las funciones de un voltímetro, un amperímetro y un óhmetro en un solo dispositivo.
• Permite medir voltajes de corriente alterna (AC) y continua (DC), resistencia, continuidad, temperatura, capacitancia, transistores, entre otras magnitudes.
• Existen multímetros con funciones adicionales como osciloscopio y generador de señal.
• Los multímetros pueden ser analógicos (con aguja) o digitales.

Características Generales de los Multímetros

• Óhmetro: Mide resistencias eléctricas y comprueba la continuidad en circuitos.
• DC V: Mide tensiones de corriente continua en voltios.
• DC A: Mide corrientes continuas en miliamperios.
• AC V: Mide tensiones de corriente alterna en voltios.
• AC A: Mide corrientes alternas en miliamperios.

Errores en los Medidores Básicos

Errores de Exactitud

• Error de escala: Se refiere a las imprecisiones en las marcas de la escala durante la calibración o fabricación. Se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. Se considera aceptable un error mínimo que no exceda el valor de medición requerido.
• Errores de calibración: Se deben a la precisión del método de calibración empleado. Se recomienda utilizar un instrumento de medición de mayor precisión para minimizar este tipo de error.
• Baja exactitud: La exactitud de un medidor analógico generalmente se especifica para la lectura de escala completa. Para lecturas menores, el porcentaje de error puede ser significativamente mayor.
• Error de paralaje: Se produce cuando la línea de visión no es perpendicular a la escala de medida. Se puede reducir utilizando un espejo debajo de la escala o la aguja. Este error es aplicable solo a los medidores analógicos.

Errores Humanos

• Error de lectura: El operador realiza una lectura incorrecta de un valor o escala.
• Error de cálculo: El operador comete un error al realizar un cálculo.
• Error debido al instrumento de medida: El operador elige un instrumento o método de medida incorrecto, obteniendo resultados erróneos.
• Error de cero: Omisión del ajuste a cero antes de realizar las mediciones.
• Errores de ajuste: El operador ajusta incorrectamente alguna función del sistema de medida.

Errores Aleatorios

• Errores operativos: Errores que surgen durante la toma de medidas, debido a pequeñas variaciones en las lecturas percibidas por los operadores.
• Errores ambientales: Errores introducidos por efectos del ambiente, como fluctuaciones de temperatura, humedad o presión atmosférica.

Evolución hacia el Multímetro Digital

• 1954: Andrew Kay inventa y produce el primer voltímetro digital. Kay, graduado del MIT en 1940, trabajó en Bendix, en el Jet Propulsion Laboratory y fundó un fabricante de sistemas de instrumentación digital en 1952.
• 1977: Fluke presenta su primer multímetro digital.

Conversión Analógica-Digital

La conversión analógica-digital transforma señales analógicas en señales digitales para facilitar su procesamiento (codificación, compresión, etc.) y hacerlas más inmunes al ruido y otras interferencias.

Características Generales de los Multímetros Digitales

• El multímetro digital Tektronix CDM250, por ejemplo, registra medidas analógicas y las muestra digitalmente.
• Mide corriente continua y alterna de 0 A a 10 A en seis rangos.
• Mide voltaje AC y DC de 200 mV a 500 V en cinco rangos.
• Mide resistencias de 0 Ω a 20 MΩ en seis rangos.
• Los valores se muestran en un display LED de 3 ½ dígitos.
• Las tensiones y corrientes se muestran en valores RMS.

Advertencias de Seguridad

Lesiones Personales

• Utilice las puntas de prueba suministradas con el multímetro.
• No aplique voltaje a una terminal fuera del rango especificado.
• No opere el equipo sin protectores ni con las tapas removidas.
• Utilice solo el tipo y clasificación de fusible especificados.
• No opere el producto en una atmósfera explosiva.

Daños al Multímetro

• Asegúrese de que el multímetro esté conectado correctamente antes de realizar cualquier conexión.
• Proporcione una ventilación adecuada para evitar el sobrecalentamiento.
• Si sospecha que el equipo está dañado, solicite una inspección por parte de personal calificado.

Comparación: Multímetro Digital (DVM) vs. Multímetro Analógico (VOM)

Ventajas de los Multímetros Digitales

• Diversas presentaciones.
• Más compactos y menos aparatosos.
• Mayor precisión en las mediciones.
• Lectura exacta sin necesidad de conocimientos especializados.
• Pantalla digital para visualizar los resultados.
• Cálculos y generación de lecturas por computadora.
• Mayor comodidad en la lectura de valores.
• Mayor resistencia.
• Medición de voltaje, resistencia, corriente y, en algunos casos, capacitancia e inductancia.
• Función de autorango automática.
• Ausencia de errores de paralaje.
• Indicación de error o valores imprecisos para fluctuaciones no medibles.

Ventajas de los Multímetros Analógicos

• Precios más competitivos y económicos.
• No requieren pilas ni baterías para funcionar.
• Visualización más clara de picos de valores y facilidad de operación.
• Más ligeros.

Desventajas de los Multímetros Analógicos

• Pérdida de valores de medición ante golpes o caídas.
• Mayor fragilidad.
• Selección manual de rangos de medición.
• Menor precisión en comparación con los digitales.
• Cambio manual del tipo de señal.
• Necesidad de considerar la polaridad.