Instrumentación Eléctrica: Aparatos Indicadores y Convertidores
Dispositivos Utilizados en los Aparatos Indicadores
Los aparatos indicadores emplean los siguientes dispositivos:
- Escalas
- Dispositivos amortiguadores
- Dispositivos correctores
- Dispositivos de apoyo
Convertidores de Medida: Definición y Tipos
Los convertidores de medida son dispositivos que se utilizan en instrumentación eléctrica para transformar una magnitud eléctrica (corriente, tensión, potencia, frecuencia, etc.) en otra señal estándar. Los más utilizados son:
a) Circuito Rectificador de Media Onda
- Es el circuito rectificador más sencillo.
- Utiliza un diodo semiconductor conectado en serie con el sistema indicador.
- Interviene solamente en la medición de un semiperiodo del periodo completo.
b) Circuito Rectificador de Onda Completa de Punto Medio
- Se utiliza para aumentar la corriente que se ha de medir.
- Permite incrementar la sensibilidad del aparato de medida.
- Necesita de un transformador de elevada precisión.
c) Circuito Rectificador de Onda Completa en Puente
- Como en el caso anterior, el dispositivo indicador expresa el valor medio de la corriente rectificada.
Clasificación de Aparatos de Medida Eléctrica
Aparatos Magnetoeléctricos
El principio de funcionamiento es el mismo para ambos grupos de aparatos, pero su disposición constructiva y sus aplicaciones son diferentes:
- El sistema magnetoeléctrico de imán fijo y bobina móvil: Se emplea en la construcción de aparatos de precisión y son de elevado coste.
- El sistema magnetoeléctrico de imán móvil y bobina fija: Se emplea en la construcción de aparatos de escasa precisión y son de bajo coste.
Características de los Aparatos Magnetoeléctricos de Imán Móvil y Bobina Fija
- La construcción de un aparato de este tipo es muy sencilla, ya que no hay necesidad de muelles ni de bobinas giratorias.
- Además, el escaso peso del sistema móvil hace que estos aparatos resulten muy resistentes a golpes y sacudidas.
- Gracias a las características anteriores y al empleo de materiales magnéticos modernos de elevada sensibilidad, las aplicaciones de estos aparatos crecen constantemente.
Aparatos Electromagnéticos
El sistema de medida electromagnético se denomina también sistema de medida de hierro móvil.
Principio de Funcionamiento
Su principio de funcionamiento está basado en la acción que ejerce el campo magnético creado por la bobina, que es atravesada por la corriente a medir, sobre una o más plaquitas móviles, fabricadas de material magnético no remanente (por lo general, hierro dulce). Su desviación es, como veremos, proporcional al cuadrado de la corriente que circula por la bobina.
Características
- Son de construcción muy sencilla y ofrecen gran seguridad de funcionamiento.
- Como la corriente a medir solamente circula por la bobina fija, pueden soportar sobrecargas muy elevadas: hasta unas 100 veces la corriente nominal durante algunos segundos.
- El consumo de potencia es de 0,5 a 1 VA, es decir, muy superior al de un aparato magnetoeléctrico.
- Los errores de indicación del sistema de medida electromagnético dependen, esencialmente, de dos factores:
- La calidad del hierro empleado (errores de histéresis y de remanencia).
- Constancia de las propiedades mecánicas de los muelles y tirantes que producen el par antagonista.
Aparatos Electrodinámicos
El sistema de medida de un aparato electrodinámico funciona por la acción recíproca de dos flujos magnéticos generados en dos bobinas. La corriente que se va a medir se hace circular por las dos bobinas, siendo los flujos magnéticos proporcionales a la corriente medida.
Características
- Los aparatos electrodinámicos sin hierro resultan prácticamente independientes de la frecuencia y de la forma de la onda, hasta frecuencias de 100 Hz.
- Pueden calibrarse con corriente continua y emplearse después para mediciones de corriente alterna (sin hierro).
- Estos aparatos se utilizan para mediciones en las clases 0,2, 0,5 y 1 (sin hierro).
Aparatos de Inducción
El funcionamiento de los aparatos de inducción está basado en las interacciones de los flujos magnéticos periódicamente variables (producidos por la corriente alterna) y las corrientes inducidas por estos flujos en la parte móvil del aparato de medida.
Ventajas
- El par motor es muy elevado.
- Se pueden obtener escalas con ángulos de desviación de hasta 330°, lo cual puede resultar muy conveniente en aparatos para cuadros de maniobra.
- Por su propio principio de funcionamiento, solamente pueden emplearse para mediciones en corriente alterna.
Propiedades y Aplicaciones
- Por las razones anteriores, los aparatos de inducción no pueden construirse para medida de precisión. Solamente se construyen para clases 1,5, 2,5 y 5.
- Pueden utilizarse como amperímetros y como voltímetros.
Aparatos Electrostáticos
Si a ambas placas se aplica una tensión alterna, varían simultáneamente la magnitud y el sentido de las cargas en ambas placas. Por lo que con un aparato electrostático se pueden realizar mediciones en corriente continua y en corriente alterna.
Propiedades y Aplicaciones
- Los aparatos electrostáticos se utilizan casi exclusivamente como voltímetros.
- Prácticamente, tanto la frecuencia como la forma de la onda no influyen en la medición.
- La exactitud no es muy elevada; se fabrican aparatos electrostáticos para las clases 1, 1,5, 2,5 y 5.
Aparatos Electrotérmicos
El sistema de medida electrotérmico está basado en la acción calorífica de la corriente eléctrica, es decir, en la Ley de Joule. La energía calorífica, producida por la corriente que circula por la resistencia, se convierte, mediante procedimientos adecuados, en energía mecánica, que provoca el desplazamiento de la aguja indicadora.
Características
- Este sistema se emplea para aparatos de corriente continua y corriente alterna, indistintamente.
- En corriente alterna indica valores eficaces.
- Posee escasa capacidad para las sobrecargas (peligro de quemar el alambre).
- Se fabrican para clases 2,5 y 5, es decir, se trata de aparatos de medida de poca exactitud.