INSTRUMENTOS DE MEDICION Y EL MUTÍMETRO DIGITAL

Objetivo:

Que el estudiante sepa como realizar diferentes medidas con estos instrumentos y conozca sus limitaciones.

Introducción:

En los laboratorios se utiliza el multímetro para medir principalmente voltajes, corrientes y resistencias. Existen dos tipos de multímetros: multímetros analógicos y multímetros digitales.

El multímetro analógico, que también se lo conoce como Tester o Multitester, posee partes eléctricas y mecánicas; mientras que el Multímetro Digital es un instrumento completamente electrónico que está reemplazando al Tester por diversas razones: es más fácil de usar, su respuesta en tiempo es superior, no cambia la carga de la mayoría de los cicuitos y son más baratos. Ambos aparatos suelen estar adaptados para otras funciones, como medir capacidades de condensadores, comprobar diodos y transistores, medir temperaturas a través de una termocupla, medir frecuencias, etc.

Los multímetros deben configurarse y conectarse apropiadamente dependiendo de lo que se quiera medir con ellos. Por ello poseen, principalmente, un selector de funciones, varios bornes de entrada y un selector de escala. Es entonces importante conocer cómo usarlos correctamente.

OPERACIONES BÁSICAS DE MEDICIÓN

Medición de Voltajes

El multímetro se puede usar como voltímetro; esto es, para medir diferencias de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico (la unidad del voltaje es el Voltio (V)).

El voltímetro debe conectarse en paralelo en el circuito (Figuras 1 y 2), porque su resistencia interna es muy grande, de tal manera que la corriente que pasa a través de él es muy pequeña, así, su presencia no modifica significativamente el circuito.

Los multímetros pueden medir tanto voltajes en circuitos de corriente directa o continua, simbolizada como “DC” ó “-”, como de corriente alterna, simbolizada como “AC” ó “~”. Por ello, dependiendo del tipo de corriente, se debe elegir una de estas dos opciones en el correspondiente selector de funciones, también se debe escoger la escala y colocar las puntas de medición en los bornes apropiados.

Fig. 1

Fig. 2

En el caso de corriente alterna, que cambia de valor y dirección periódicamente, el voltímetro nos indica el valor cuadrático medio del voltaje, comúnmente llamado Voltaje RMS. Este voltaje se define como:

Para ondas sinusoidales el Voltaje RMS viene dado por:

donde V0 es el voltaje máximo.

Mediciones de corrientes

El multímetro también se puede utilizar como amperímetro para medir la corriente en una rama de un circuito (la unidad de la corriente es el Amperio (A)). El amperímetro debe conectarse en serie en el circuito como lo muestran las Figuras 3 y 4. La resistencia interna del amperímetro es muy pequeña para que no modifique el circuito, significativamente. Igual que el voltímetro, el amperímetro puede ser usado para medir corrientes en circuitos de corriente directa y de corriente alterna; como antes, se debe seleccionar la opción deseada, escoger la escala y colocar las puntas de prueba apropiadamente.

Fig. 3 Fig. 4 Para el caso de corriente alterna, la corriente que mide el amperímetro es la RMS, la cual se define similarmente al voltaje RMS.

Mediciones de resistencias

Otra de las aplicaciones comunes del multímetro es usarlo como ohmmetro; es decir, para medir la resistencia de un elemento eléctrico. La unidad de resistencia es Ohm(). Para medir resistencia, debe conectarse como lo indican las Figuras 5 y 6. El ohmmetro nunca debe conectarse a un circuito con la fuente de energía activada. En general, la resistencia debe ser aislada del circuito para medirla.

Fig. 5

Fig. 6Resistencia interna del multímetro

La resistencia interna de los voltímetros y amperímetros es una cualidad importante que debe ser tomada en cuenta cuando se mide con estos aparatos. Los valores típicos de resistencia interna para el caso del voltímetro son los siguientes:

Tester: 20000 /V para corriente directa y 5000 /V para corriente alterna Este parámetro se conoce como sensibilidad del voltímetro, para obtener la resistencia interna se debe multiplicar la sensibilidad por el valor máximo de la

escala (valor de fondo) que se está usando. Así, la resistencia interna del voltímetro depende de la escala.

Multímetro digital: el valor típico de esta resistencia interna de los multímetros comerciales es de 10 M (M = Mega = 106)

Para medidas de corrientes los valores típicos se encuentran así:

Tester: El valor de la resistencia interna del galvanómetro (Rg ) del tester viene dado por el fabricante y es del orden de los 600 . Mientras que la potencia máxima que soporta el galvanómetro también viene dada, y es de 1 mW (m = mili = 10-3). Por lo tanto la máxima corriente que soporta el galvanómetro del tester es:

Ig = ( = micro = 10-6).

La resistencia interna del amperímetro viene dada por:

; con

aquí Imáx es el valor máximo de la escala (valor de fondo) que se está usando. Así, la resistencia interna del amperímetro también depende de la escala.

Multímetro digital: Cuando se mide corriente en los multímetros digitales se desarrolla un pequeño voltaje a través del aparato debido a su resistencia interna. Este voltaje aunque es bastante pequeño, en algunos casos puede afectar medidas de alta precisión.

ERRORES DE LOS MULTÍMETROS

Tester.

En los instrumentos electromecánicos para mediciones eléctricas, el error de lectura está acompañado por los errores que resultan de las imperfecciones, inevitables, de diseño y construcción del aparato. Estos errorres son compensados parcialmente por la calibración del instrumento. El error del tester viene indicado por el fabricante mediante el índice de clase IC del instrumento. La Comisión Internacional de Electrónica ha establecido los siguientes índices de clase:

IC = 0.05; 0,1; 0.5; 1.0; 1.5; 2.5; 5.0 (en %)

El error porcentual de medición es:

e =

donde: LME = Lectura máxima de la escala

Así, por ejemplo, si tenemos un tester con IC = 0.1 cuya escala está graduada de 0 a 0.1 A (fondo de escala = 0.1 A) y se está midiendo una corriente de 0.05 A, entonces

e =

Observe que es conveniente escoger las escalas de los aparatos de medida de tal forma que la desviación de la aguja sea la mayor posible.

Multímetro Digital

La presición del multímetro viene expresado como:

Error = % de la lectura + (número de dígitos menos significativos)

Por ejemplo, en las especificaciones del multímetro digital GOLDSTAR modelo DM333, de 3 ¾ dígitos, la cual transcribimos a continuación, se lee:

FUNCION RANGO RESOLUCION PRECISIONVOLTAJE DC 300mV 0.1 mV (0.5% + 2dgt)

3.2 V 1 mV32 V 10 mV (1.2% + 4dgt)320 V 100 mV1000 V 1 V

Por lo tanto, si estamos en el rango de 3.2 V y medimos 2.134 V entonces el error vendrá dado por

Error = (0.5% de 2.134 + 0.002) V

V

Expresado, como acostumbramos, con una sola cifra significativa

Error = 0.01 V

La medida será entonces escrita así

V = (2.13 0.01) V

El significado de 3 ¾ significa que el multímetro digital puede mostrar hasta 4 dígitos pero hasta un límite diferente a 9999.

PARTE EXPERIMENTAL:

1. Mide la diferencia de potencial entre los bornes de la batería que se te suministre. Usa un voltímetro analógico y uno digital. Expresa el voltaje medido con su error.

2. Mide las resistencias suministradas en el laboratorio, expresa cada medida con su error.

3. Conecta una de las resistencias en serie con la batería. Mide la corriente en el circuito, con los dos instrumentos. Reporta cada medida con su error.

4. Conocido el valor de la diferencia de potencial y el valor de la corriente, calcula la resistencia. Usando la propagación de errores calcula el error de la resistencia. Compara estos valores con los obtenidos el punto 2.