10.4 Instrumentos de medición eléctrica

Voltímetros y amperímetros de dc

Mientras que los voltímetros miden el voltaje, los amperímetros miden la corriente. Algunos de los medidores de los tableros de los automóviles, las cámaras digitales, los teléfonos móviles y los sintonizadores-amplificadores son en realidad voltímetros o amperímetros (Figura 10.34). La construcción interna de los medidores más sencillos y la forma en que se conectan al sistema que controlan permiten conocer mejor las aplicaciones de las conexiones en serie y en paralelo.

Figura 10.34 Los indicadores de combustible y temperatura (extremo derecho y extremo izquierdo, respectivamente) de este Volkswagen de 1996 son voltímetros que registran la salida de voltaje de las unidades "emisoras". Estas unidades son proporcionales a la cantidad de gasolina en el tanque y a la temperatura del motor (créditos: Christian Giersing).

Medición de la corriente con un amperímetro

Para medir la corriente a través de un dispositivo o componente, el amperímetro se coloca en serie con el dispositivo o componente. Se utiliza una conexión en serie porque los objetos en serie tienen la misma corriente que pasa a través de ellos (vea la Figura 10.35, donde el amperímetro se representa con el símbolo A).

Figura 10.35 (a) Cuando se utiliza un amperímetro para medir la corriente a través de dos resistores conectados en serie a una batería, se coloca un único amperímetro en serie con los dos resistores porque la corriente es la misma a través de los dos resistores en serie. (b) Cuando se conectan dos resistores en paralelo con una batería, se necesitan tres medidores, o tres lecturas de amperímetro por separado, para medir la corriente desde la batería y a través de cada resistor. El amperímetro se conecta en serie con el componente en cuestión.

Los amperímetros deben tener una resistencia muy baja, una fracción de miliohmio. Si la resistencia no es insignificante, colocar el amperímetro en el circuito cambiaría la resistencia equivalente del circuito y modificaría la corriente que se está midiendo. Dado que la corriente del circuito viaja a través del medidor, los amperímetros suelen contener un fusible para protegerlo de los daños causados por corrientes demasiado elevadas.

Medición del voltaje con un voltímetro

Un voltímetro se conecta en paralelo con el dispositivo que está midiendo. Se utiliza una conexión en paralelo porque los objetos en paralelo experimentan la misma diferencia de potencial (vea la Figura 10.36, donde el voltímetro se representa con el símbolo V).

Figura 10.36 Para medir las diferencias de potencial en este circuito en serie, el voltímetro (V) se coloca en paralelo con la fuente de voltaje o con cualquiera de los resistores. Observe que el voltaje del terminal se mide entre el terminal positivo y el negativo de la batería o la fuente de voltaje. No es posible conectar un voltímetro directamente a través de la emf sin incluir la resistencia interna r de la batería.

Como los voltímetros se conectan en paralelo, este debe tener una resistencia muy grande. Los voltímetros digitales convierten el voltaje analógico en un valor digital para mostrarlo en un indicador digital (Figura 10.37). Los voltímetros baratos tienen resistencias del orden de $R_{\text{M}}=10\text{M}\text{Ω},$ mientras que los voltímetros de alta precisión tienen resistencias del orden de $R_{\text{M}}=10\text{G}\text{Ω}$. El valor de la resistencia puede variar, dependiendo de la escala que se utilice en el medidor.

Figura 10.37 (a) Un voltímetro analógico utiliza un galvanómetro para medir el voltaje. (b) Los medidores digitales utilizan un convertidor analógico-digital para medir el voltaje (créditos: modificación de trabajos de Joseph J. Trout).

Medidores analógicos y digitales

En el laboratorio de física puede encontrar dos tipos de medidores: analógicos y digitales. El término "analógico" se refiere a las señales o la información representada por una cantidad física continuamente variable, como el voltaje o la corriente. Un medidor analógico utiliza un galvanómetro, que es esencialmente una bobina de alambre con una pequeña resistencia, en un campo magnético, con un puntero conectado que apunta a una escala. La corriente fluye a través de la bobina, haciendo que esta gire. Para utilizar el galvanómetro como amperímetro, se coloca una pequeña resistencia en paralelo con la bobina. Para un voltímetro, se coloca una gran resistencia en serie con la bobina. Un medidor digital utiliza un componente llamado convertidor analógico-digital (A-D) y expresa la corriente o el voltaje como una serie de dígitos 0 y 1, que se utilizan para ejecutar una pantalla digital. La mayoría de los medidores analógicos han sido sustituidos por los digitales.

Óhmetros

Un óhmetro es un instrumento utilizado para medir la resistencia de un componente o dispositivo. El funcionamiento del óhmetro se basa en la ley de Ohm. Los óhmetros tradicionales contenían una fuente de voltaje interna (como una batería) que se conectaba a través del componente que se iba a probar, produciendo una corriente a través del componente. A continuación, se utilizó un galvanómetro para medir la corriente y se dedujo la resistencia mediante la ley de Ohm. Los medidores digitales modernos utilizan una fuente de corriente constante para hacer pasar la corriente a través del componente, y se mide la diferencia de voltaje a través de él. En cualquier caso, la resistencia se mide utilizando la ley de Ohm $\left(R=V\text{/}I\right),$ donde se conoce el voltaje y se mide la corriente, o se conoce la corriente y se mide el voltaje.

La componente de interés debe estar aislada del circuito; de lo contrario, estará midiendo su resistencia equivalente. Un óhmetro nunca debe conectarse a un circuito "vivo", uno con una fuente de voltaje conectada a él y con corriente corriendo a través de él. Hacerlo puede dañar el medidor.