VOLTIMETRO

Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos

de un circuito eléctrico.

Clasificación de los voltímetros

Podemos clasificar los voltímetros por los principios en los que se basa su funcionamiento:

Voltímetros electromecánicos

Estos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido

graduada en voltios. Existen modelos para corriente continua y para corriente alterna.

Voltímetros vectoriales

Se utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan una indicación de su

fase. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de aparatos eléctricos, como por aficionados

en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones

económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general. Son dispositivos presentes en

cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.

Voltímetros digitales

Dan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener

prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS),

autorrango y otras funcionalidades.

El sistema de medida emplea técnicas de conversión analógico-digital (que suele ser empleando

un integrador de doble rampa) para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica

LCD.

El primer voltímetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "Non-Linear Systems" (y

posteriormente fundador de Kaypro) en 1954.

Uso

Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo; esto

es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a

que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca

un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el

caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán

dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de

corriente a través del aparato se consigue el momento necesario para el desplazamiento de la

aguja indicadora.

Figura 1. Conexión de un voltímetro en un circuito.

En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando

unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de

aislamiento.

En la Figura 1 se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos de a y b de un

circuito, entre los que queremos medir su diferencia de potencial.

En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los

devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales,

se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que

solo le someta a una fracción de la tensión total.

A continuación se ofrece la fórmula de cálculo de la resistencia serie necesaria para lograr esta

ampliación o multiplicación de escala:

Ra=Rv(N−1),

Donde N es el factor de multiplicación (N≠1)

Ra es la Resistencia de ampliación del voltímetro

Rv es la Resistencia interna del voltímetro

Voltímetro

El voltímetro es un dispositivo que mide la cantidad de tensión “potencial de voltaje” que está

pasando entre dos puntos de un circuito eléctrico. Es de uso imprescindible en circuitos

de electrónica básica. Esta medida se da gracias a la diferencia entre la entrada positiva del

voltaje y la entrada negativa de la tensión.

Cuando se creó el voltímetro en el año 1819 su primer nombre fue galvanómetro.

El voltímetro convencional tienes tres partes y son las siguientes: Terminal de entrada positiva (normalmente de color rojo)

Terminal de entrada negativa (normalmente de color negro)

Pantalla, donde nos muestra el resultado. Usted recibirá la medida dependiendo si su voltímetro es analógico o digital.

Uno de los aspectos importantes a tener en cuenta antes de la realizar el proceso de medición es

conocer si la corriente que vamos a medir es continua (en una solo dirección) o es alterna

(ambas direcciones). Una vez conocida el tipo de corriente que se desea medir se establece en

el voltímetro los valores adecuados para que sea compatible con determinado tipo de corriente.

INSTRUMENTOS ELÉCTRICOS (VOLTÍMETRO Y AMPERÍMETRO)

Son los instrumentos de medición más importantes de la electrodinámica. Actualmente se los

encuentra metidos en un único instrumento llamado multitéster (abajo te cuento un poco más acerca de

él).

El amperímetro

Como su nombre lo indica este instrumento mide intensidades de corriente. Su símbolo, para que

puedas identificarlo en un circuito, es éste:

Su característica operativa principal es que mide la corriente que lo atraviesa, de modo que para medir

una corriente cualquiera en medio de un circuito habrá que cortar los cables y colocarlo en serie con lo

que venga, de modo tal que la corriente que se desea medir pueda atravesarlo. Acá tenés un ejemplo:

Lógicamente el circuito con amperímetro no es el mismo que el circuito sin amperímetro, ya que

cuando el artefacto está colocado para medir, la corriente debe atravesar una resistencia más (la del

propio amperímetro) de modo que la corriente medida es menor que la corriente que se desea medir (a

mayor resistencia, menor corriente). Este conflicto se soluciona fabricando amperímetros de muy baja

resistencia (al menos: resistencia despreciable respecto a las resistencias presentes en el circuito) de

modo que la corriente medida no difiera mucho de la que se desea medir.

Esto nos define la característica principal del amperímetro ideal: su resistencia es nula.

RA = 0

Por otro lado eso permite que ignoremos olímpicamente su presencia

Y, simplemente, lo retiras, unís los cables donde estaba el amperímetro y resolver el circuito sin

amperímetro. La lectura del amperímetro, que seguramente estaba aludida en el enunciado del

ejercicio, no es otra cosa que la intensidad de corriente que atraviesa la resistencia que estaba en serie

con el amperímetro, en nuestro ejemplo: i2.

El voltímetro

Como su nombre lo indica este instrumento mide diferencias de potencial. Su símbolo, para que

puedas identificarlo en un circuito, es éste:

Su característica operativa principal es que mide la diferencia de potencial que existe entre los dos

puntos que toquen sus cables (habitualmente llamadas puntas probadoras), de modo que para medir

una diferencia de potencial cualquiera basta con apoyar las puntas en los lugares de conexión de

cualquier elemento eléctrico de un circuito (una resistencia, una batería, un loquesea). Acá tenés un

ejemplo:

Lógicamente el circuito con voltímetro no es el mismo que el circuito sin voltímetro, ya que cuando el

artefacto está colocado para medir un voltaje ahora el circuito posee una resistencia más y una

corriente más que es la que pasa por el voltímetro. Este conflicto se soluciona fabricando voltímetros

de muy alta resistencia de modo que la corriente que lo atraviesa sea despreciable respecto de las

corrientes que circulan por el circuito.

Esto nos define la característica principal del voltímetro ideal: su resistencia es infinita.

RV = ∞

Por otro lado eso permite que ignoremos olímpicamente su presencia:

Y, simplemente, lo retiras, resuelves el circuito sin voltímetros. La lectura del voltímetro, que

seguramente estaba aludida en el enunciado del ejercicio, no es otra cosa que la diferencia de

potencial a la que estaba sometido el elemento que estaba en paralelo con el voltímetro, en nuestro

ejemplo: V1 y V3.

Como te decía antes, en la actualidad amperímetros y voltímetro se consiguen integrados en un único

instrumento llamado multitéster (o téster a secas, en la jerga de los electricistas).

Para elegir la función tienen un selector que indica la función que se le va a dar al instrumento y el

rango de medidas en el que va a funcionar.

Además incorporan otras funciones, entre las que se destaca el más popular: el óhmetro, que mide

valores de resistencias.

PARTES DE UN MULTITESTER.

Ohmímetro

Su simbología es:

El aparato destinado a medir la resistencia de un conductor o de otro elemento, como una

resistencia, al paso de la corriente se denomina Ohmímetro (mide ohmios).

Para que el polímetro pueda funcionar como ohmímetro debe tener las pilas internas en buen

estado (para medir amperios o voltios no hace falta que tenga las pilas, para medir ohmios sí).

Aunque se conoce el valor de una resistencia por el código  de colores que va pintado en ella

podemos conocer más exactamente su valor usando el ohmímetro.

Este instrumento es muy importante a diferencia de los anteriores el ohmímetro se conecta en

paralelo CUANDO NO HAY TENSION EN EL CIRCUITO. Ya que si medimos cuando hay tensión

se puede dañar el aparato.

En  este circuito podemos observar la conexión de un ohmímetro y vemos que hay dos puntos la

cual es una positiva y otra negativa, este instrumento es muy importante en los circuitos ya que

así podemos medir su continuidad es decir verificar si está bien o no.

Hoy día existe un aparato que mide las tres funciones mencionadas como lo es el multímetro ó

multitester.

Osciloscopio

Utilizando un osciloscopio.

Un osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de

señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal,

frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la

que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa

tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada

"eje THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo

resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.

Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser

tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos

casos, en teoría.

Utilización

En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como

reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla

y de esta manera se puede ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado

en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera

medir.

Para medir se lo puede comparar con el plano cartesiano.

El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo

(segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo

regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios,

etc., dependiendo de la resolución del aparato).

Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla,

permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de ésta para, en consecuencia, conocer el

valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia. (en realidad se mide el periodo de

una onda de una señal, y luego se calcula la frecuencia)

Osciloscopio analógico

La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tubo de rayos

catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable)

mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra

(denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca).

Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede

ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la

señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

Figura 1.- Representación esquemática de un osciloscopio.

En la Figura 1 se puede ver una representación esquemática de un osciloscopio con indicación

de las etapas mínimas fundamentales. El funcionamiento es el siguiente:

En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el

ánodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el

impacto de los electrones.

Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación,

tiene lugar una desviación del haz de electrones debido al campo eléctrico creado por la tensión

aplicada. De este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación

horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia

de señal en las placas de desviación vertical, dibuje una línea recta horizontal en la pantalla y

luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es percibido por el

ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo

se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del rayo.

Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la señal a medir (a través del

amplificador de ganancia ajustable) el haz, además de moverse de izquierda a derecha, se

moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la señal, y con mayor o menor

amplitud dependiendo de la tensión aplicada.

Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relación

entre estas divisiones y el período del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en

lo referido al Y. Con ello a cada división horizontal corresponderá un tiempo concreto, del mismo

modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. De esta forma en caso de

señales periódicas se puede determinar tanto su período como su amplitud.

El margen de escalas típico, que varía de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a

varios segundos, hace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran

variedad de señales.

Limitaciones del osciloscopio analógico

El osciloscopio analógico tiene una serie de limitaciones propias de su funcionamiento:

Las señales deben ser periódicas. Para ver una traza estable, la señal debe ser periódica ya que

es la periodicidad de dicha señal la que refresca la traza en la pantalla. Para solucionar este

problema se utilizan señales de sincronismo con la señal de entrada para disparar el barrido

horizontal (trigger level) o se utilizan osciloscopios con base de tiempo disparada.

Las señales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del período de la señal, el

brillo se reduce debido a la baja persistencia fosfórica de la pantalla. Esto se soluciona colocando

un potencial post-acelerador en el tubo de rayos catódicos.

Las señales lentas no forman una traza. Las señales de frecuencias bajas producen un barrido

muy lento que no permite a la retina integrar la traza. Esto se solventa con tubos de alta

persistencia. También existían cámaras Polaroid especialmente adaptadas para fotografiar las

pantallas de osciloscopios. Manteniendo la exposición durante un periodo se obtiene una foto de

la traza. Otra forma de solucionar el problema es dando distintas pendientes al diente de sierra

del barrido horizontal. Esto permite que tarde más tiempo en barrer toda la pantalla, y por ende

pueden visualizarse señales de baja frecuencia pero se verá un punto desplazándose a través de

la pantalla debido a que la persistencia fosfórica no es elevada.

Sólo se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos; pero puede utilizarse un osciloscopio con

base de tiempo disparada. Este tipo de osciloscopio tiene un modo de funcionamiento

denominado "disparo único". Cuando viene un transitorio el osciloscopio mostrará este y sólo

este, dejando de barrer una vez que la señal ya fue impresa en la pantalla.

Osciloscopio digital

En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los

osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a

una computadora personal o pantalla LCD.

En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital.

Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser

cuidada al máximo.

Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables

a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo

anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización

del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el

mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas

analógicas y digitales.

La principal característica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma

determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento, viene expresada

generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo).

La mayoría de los osciloscopios digitales en la actualidad están basados en control por FPGA

(del inglés Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento controlador del conversor

analógico a digital de alta velocidad del aparato y demás circuitería interna, como memoria,

buffers, entre otros.

Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con

circuitería analógica, como los siguientes:

Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz.

Medida de flancos de la señal y otros intervalos.

Captura de transitorios.

Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal. también sirve para medir

señales de tensión.

Osciloscopio de Fósforo Digital

El osciloscopio de fósforo digital (DPO, Digital Phosphor Oscilloscope) ofrece una nueva

propuesta a la arquitectura del osciloscopio ya que combina las mejores características de un

osciloscopio analógico con las de un osciloscopio digital. Al igual que el osciloscopio analógico, el

primer paso es el amplificador vertical, y al igual que el osciloscopio digital, la segunda etapa es

un conversor ADC. Pero luego de la conversión de analógico a digital, el osciloscopio de fósforo

digital es un poco diferente al digital. Este tiene funciones especiales diseñadas para recrear el

grado de intensidad de un tubo de rayos catódicos. En vez de utilizar fósforo químico, al igual que

un osciloscopio analógico, el DPO tiene fósforo digital que es una base de datos actualizada

constantemente. Esta base de datos tiene una celda separada de información para cada uno de

los pixeles que tiene la pantalla. Cada vez que una forma de onda es capturada (en otras

palabras, cada vez que el osciloscopio es disparado) esta es almacenada en las celdas de la

base de datos. A cada celda que almacena la información de la forma de onda luego se le inserta

la información de la intensidad. Por último toda la información es mostrada en la pantalla LCD o

almacenada por el osciloscopio.

Instrucciones

1. Conecta un cable desde una fuente eléctrica a las terminales de entrada del osciloscopio.

Muchos osciloscopios tienen más de un par de terminales de entrada, por lo que

normalmente deberás conectar la señal en el canal 1. Enciende el osciloscopio.

2. Selecciona una escala en el osciloscopio que sea apropiada para la señal de entrada. La

escala es la cantidad de tiempo representada por la línea horizontal del osciloscopio. Una

señal de 1.000 Hz (1 kHz) se repite 1.000 veces por segundo. Para ver un ciclo completo

de la señal necesitarás configurar el osciloscopio para mostrar al menos un milisegundo de

información.

3. Elige el rango en el osciloscopio que se ajuste a la señal de entrada. El rango es el voltaje

máximo y mínimo que el osciloscopio puede mostrar. Para una señal que varía entre +1 y -

1 voltios necesitarás establecer el rango por lo menos a 1 voltio.

4. Ajusta el umbral del osciloscopio. Un osciloscopio debe recibir una señal superior que el

valor de su umbral antes de que pueda comenzar a mostrar los datos. Para una señal de 1

voltio puedes establecer la activación del umbral en el canal de 1 a 1/2 voltios.

5. Observa una señal de voltaje simple. El punto en el osciloscopio se mueve en un patrón de

arriba a abajo y se asemeja a una onda sinusoidal. Las alturas mínima y máxima de la

señal indican el rango de voltaje, y la cantidad de tiempo necesaria para que la señal se

repita representa su frecuencia.