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Medida y registro de magnitudes eléctricas (2da Parte)

En el artículo anterior, revisamos principalmente las características relevantes de los transformadores de medida. En esta oportunidad, nos abocaremos a los distintos tipos de instrumentos y profundizaremos un poco en los dispositivos analógicos de medida.

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En muchos casos, los instrumentos de medida eléctricos se emplean para indicaciones de magnitudes también eléctricas (tensión, corriente, etc.), pero en otros casos se emplean después de un transductor, para indicar una magnitud física cualquiera de un proceso (temperatura, velocidad, transductores potenciométricos, etc.).

Tanto si miden magnitudes eléctricas como otras variables físicas, el objetivo puede ser simplemente mostrar el resultado en un indicador de aguja o en un display, u obtener una señal proporcional a la medición, que pueda ser enviada a un autómata para su posterior tratamiento, como una magnitud más de control de procesos. En el primer caso, hablaremos propiamente de instrumentos de medida y en el segundo caso los designaremos como "convertidores de medida" o "convertidores de proceso". Estos últimos pueden dar como salida una señal analógica con un rango de valores estándar (0 a 10 V, 0 a 20 mA, 4 a 20 mA), o actualmente con la proliferación de instrumentos digitales, pueden dar directamente un valor numérico a través de un canal de comunicaciones.


clas2.gif (12386 bytes)Instrumentos para la red eléctrica

Tradicionalmente, la única indicación que se requería para indicar la tensión o la corriente en la red era su valor eficaz. Pero hoy sabemos, a menos que la onda sea perfectamente senoidal, que el valor eficaz no lo dice todo y que incluso este, dependiendo de cómo se hagan los promedios, puede dar valores relativamente distintos.

Las necesidades de medida van desde la simple indicación en un tablero hasta los equipos más sofisticados de captura y registro. Para tener una visión general de todo ello, en la tabla superior damos una clasificación, en grandes grupos, de las familias de instrumentos.

Podemos distinguir básicamente dos grandes tipos de instrumentos:

Analógicos o de aguja
Digitales

Dentro de los digitales, existe una gran variedad que va desde el que simplemente mide y presenta en un display el valor medido, pasando por los que guardan determinados valores máximos y mínimos, otros que registran determinados parámetros, y otros que tienen capacidad de comunicación y transmisión de datos a otros equipos digitales de control.

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Instrumentos analógicos

Los instrumentos analógicos están formados por un circuito transductor, que convierte la magnitud a medir en una corriente eléctrica y un indicador que, en todos los casos, es un galvanómetro (medidor de corriente). El galvanómetro está basado en la desviación de una aguja eléctrica por efecto del campo magnético, creado por el paso de la corriente por bobinado del mismo.

Según su principio de funcionamiento, podemos distinguir varios tipos básicos de instrumentos analógicos:

De hierro móvil
De bobina móvil
Bimetálicos
Diferenciales de inducción
De láminas

Los más básicos son los de hierro móvil, bobina móvil y los bimetálicos, pero existen diversas variantes, combinando algún pequeño circuito electrónico con los indicadores de bobina móvil. La figura 2 muestra los símbolos empleados en los instrumentos según el principio de funcionamiento.

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Símbolos de aparatos de medida según su principio de funcionamiento

Instrumentos de hierro móvil: Los instrumentos de hierro móvil están basados en el principio de inducción (como los motores de jaula de ardilla). La corriente a medir pasa por una bobina, ésta induce otra corriente sobre un núcleo de hierro solidario a la aguja. Este tipo de instrumento es apto solo para corriente alterna y mide su valor eficaz (RMS), puesto que la fuerza es proporcional al cuadro de la corriente. Tiene el inconveniente de su falta de linealidad, con un inicio de escala comprimido.

Instrumentos de bobina móvil: Los instrumentos de bobina móvil están basados en la desviación de una bobina en el interior del campo magnético creado por un imán. Miden corriente continua y dan una indicación proporcional al valor medio de la misma, con una escala bastante lineal.

Debido a la citada linealidad, estos instrumentos pueden utilizarse, y de hecho se utilizan, para medir tensiones o corrientes alternas, pero estas deben ser previamente rectificadas. No obstante, la medida será siempre de valor medio y por tanto, para indicar el valor eficaz de magnitudes alternas, debe aplicarse un cierto factor de escala y la medida será precisa si este se mantiene constante (generalmente, solo para corrientes senoidales, donde la relación entre valor eficaz y valor medio de la rectificada se mantiene constante en un valor de 1,11). En caso de corrientes con alto contenido de armónicos, por ejemplo, la indicación de valor eficaz sería errónea.

clas5.jpg (10839 bytes)Instrumentos bimetálicos: Los instrumentos bimetálicos se basan en la diferencia de dilatación de dos tipos de metal al calentarse por efecto Joule, al paso de la corriente (Potencia calorífica= k x 12). Son aptos tanto para corriente alterna como para corriente continua o para combinación de ambas, indicando el valor eficaz, ya que, como en el caso de los de hierro móvil, la desviación es proporcional al cuadrado de la corriente. Este tipo de instrumentos tiene algunos problemas de linealidad y de errores al variar la temperatura ambiente.

Instrumentos de inducción o diferenciales: El principio de funcionamiento es idéntico a los de hierro móvil, pero tienen dos bobinados antagónicos, de forma que el campo resultante es la diferencia entre ambos. Se utilizan básicamente en voltímetros diferenciales para sincronoscopios o instrumentos similares.

Instrumentos de láminas: Se emplean exclusivamente como frecuencímetros. Se basan en la vibración por resonancia de una serie de láminas de metal.


En el próximo número continuaremos con instrumentos digitales, instrumentos simples, instrumentos con registro e instrumentos con registro y comunicaciones.

Artículo Gentileza de CLAS Ingeniería Eléctrica S.A. • Mayor información solicitar al e-mail clasmail@clas.cl

Julio 2014
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