Mediciones eléctricas y electrónicas

 

Mediciones eléctricas

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Amperímetro y Voltímetro en una fuente de energía eléctrica

Las mediciones eléctricas son los métodos, dispositivos y cálculos usados para medir cantidades eléctricas. La medición de cantidades eléctricas puede hacerse al medir parámetros eléctricos de un sistema. Usando transductores, propiedades físicas como la temperatura, presión, flujo, fuerza, y muchas otras pueden convertirse en señales eléctricas, que pueden ser convenientemente registradas y medidas.

En laboratorios de alta precisión, se realizan mediciones de cantidades eléctricas para determinar propiedades físicas fundamentales como la carga de un electrón o la velocidad de la luz, así como la definición de las unidades para las mediciones eléctricas, con precisión de algunas partes por millón. Diariamente se requieren mediciones eléctricas menos precisas en el sector industrial. Las mediciones eléctricas son una rama de la metrología.

Unidades de medidas eléctricas

Las cantidades eléctricas más comunes son:

Culombio (C, unidad de carga eléctrica)[editar]

Conexión de un amperímetro en un circuito.

La introducción de las magnitudes eléctricas requiere añadir una nueva unidad fundamental a la física: la de carga eléctrica. Esta unidad, que no puede derivarse de las unidades de la mecánica, fue originalmente denominada Coulomb (término castellanizado a culombio, cuyo símbolo es C) en honor a Charles-Augustin de Coulomb, primero que midió directamente la fuerza entre cargas eléctricas.

La unidad de carga resulta entonces una unidad derivada, que se define como la cantidad de carga eléctrica que fluye durante 1 segundo a través de la sección de un conductor que transporta una intensidad constante de corriente eléctrica de 1 amperio:

${\displaystyle C=A\cdot s}$

Voltio (V, unidad de potencial eléctrico y fuerza electromotriz)[editar]

El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio utiliza un vatio de potencia:

${\displaystyle V={\frac {J}{C}}={\dfrac {{\mbox{m}}^{2}\cdot {\mbox{kg}}}{{\mbox{s}}^{3}\cdot {\mbox{A}}}}}$

Ohmio (Ω, unidad de resistencia eléctrica)[editar]

Un ohmio es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 amperio, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor:

${\displaystyle \Omega ={\dfrac {\mbox{V}}{\mbox{A}}}={\dfrac {{\mbox{m}}^{2}\cdot {\mbox{kg}}}{{\mbox{s}}^{3}\cdot {\mbox{A}}^{2}}}}$

Condensador ideal cuya capacidad se expresa en faradios.

Siemens (S, unidad de conductancia eléctrica)[editar]

Un siemens es la conductancia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor que tiene un ohmio de resistencia:

${\displaystyle S={\frac {1}{\Omega }}}$

Faradio (F, unidad de capacidad eléctrica)[editar]

Un faradio es la capacidad de un condensador entre cuyas armaduras aparece una diferencia de potencial eléctrico de 1 voltio cuando está cargado de una cantidad de electricidad igual a un culombio:¹​

${\displaystyle {\mbox{F}}=\,\mathrm {\frac {A\cdot s}{V}} ={\dfrac {\mbox{C}}{\mbox{V}}}={\dfrac {{\mbox{C}}^{2}}{\mbox{J}}}={\dfrac {{\mbox{C}}^{2}}{{\mbox{N}}\cdot {\mbox{m}}}}={\dfrac {{\mbox{s}}^{2}\cdot {\mbox{C}}^{2}}{{\mbox{m}}^{2}\cdot {\mbox{kg}}}}={\dfrac {{\mbox{s}}^{4}\cdot {\mbox{A}}^{2}}{{\mbox{m}}^{2}\cdot {\mbox{kg}}}}}$

Tesla (T, unidad de densidad de flujo magnético e inductividad magnética)[editar]

Un tesla es una inducción magnética uniforme que, repartida normalmente sobre una superficie de un metro cuadrado, produce a través de esta superficie un flujo magnético total de un weber:

${\displaystyle T={\frac {Wb}{m^{2}}}={\frac {V\cdot s}{m^{2}}}={\frac {kg}{s^{2}\cdot A}}}$

Weber (Wb, unidad de flujo magnético)[editar]

Un weber es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira, produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 voltio si se anula dicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme:

${\displaystyle Wb=V\cdot s=T\cdot m^{2}={\frac {m^{2}\cdot kg}{s^{2}\cdot A}}}$

Henrio (H, unidad de inductancia)[editar]

Un henrio es la inductancia de un circuito en el que una corriente que varía a razón de un amperio por segundo da como resultado una fuerza electromotriz autoinducida de un voltio:

${\displaystyle H={\frac {V\cdot s}{A}}={\frac {m^{2}\cdot kg}{s^{2}\cdot A^{2}}}}$

Instrumentos de medida[editar]

Se denominan instrumentos de mediciones eléctricas a todos los dispositivos que se utilizan para medir las magnitudes eléctricas y asegurar así el buen funcionamiento de las instalaciones y máquinas eléctricas.

Existen muchos tipos de instrumentos diferentes siendo los más destacados los amperímetros, voltímetros, óhmetros, multímetros y osciloscopios.

Galvanómetro

Principio de funcionamiento de un galvanómetro.

Los galvanómetros son aparatos que se emplean para indicar el paso de corriente eléctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Suelen estar basados en los efectos magnéticos o térmicos causados por el paso de la corriente.

Amperímetros[editar]

Amperímetro de pinza.

Artículo principal: Amperímetro

Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.²​ En su diseño original los amperímetros están constituidos, en esencia, por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en amperios

Voltímetros[editar]

Artículo principal: Voltímetro

Dos voltímetros digitales.

Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abierto en los polos.

• Voltímetros electromecánicos: en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos que separan las corrientes continua y alterna de la señal, pudiendo medirlas independientemente.
• Voltímetros electrónicos: añaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada y mayor sensibilidad.
• Voltímetros vectoriales: se utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan una indicación de su fase.
• 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), selección automática de rango y otras funcionalidades.