2.1.1 Rango, Resolución, Exactitud, Impedancia de entrada, Indicación del multimetro digital

2.1.1.1 Rango

El rango determina los valores de operación que posee el equipo, es decir cuál puede ser su valor mínimo como máximo que es capaz de medir sin que recurra a errores o a daños internos, dicho de otra manera es el "Intervalo de valores dentro del cual se cumplen las especificaciones de exactitud." Barrera, 2011, pág. 21). Por ejemplo para el Fluke 179 en su función de tensión D.C se obtiene la siguiente tabla del (Manual de uso - Fluke 175, 177, 179, 2000):

Tabla 2.1.1.1.1 Rango

Nota. Recuperado de Fluke Corporation, All rights reserved. Printed in USA

Para esta función de tensión en corriente continua el rango va desde los 6.000 [V] hasta los 1000[V], por lo que el equipo es capaz de medir los valores de -1000 [V] a 1000[V] dependiendo de la conexión realizada.

Nota: Dependiendo del equipo se puede tomar un % mínimo y máximo del rango, es decir si se está midiendo un valor el rango de 6.000 [V] este determinara un valor en el equipo sea exacto (suele ser hasta un 10% de este valor) es decir 0.6 [V], valores menores a estos suelen conducir a errores; por otro lado se puede llegar a superar la barrera de los 1000[V] con cierto porcentaje de tolerancia que posee el equipo pero por seguridad es preferible no superar su valor nominal.

Para el caso de un equipo analógico se cuenta con una serie de caratulas pegadas a la pantalla las cuales determinan los valores dependiendo de la bornera usada para realizar la medición:

Figura 2.1.1.1.1 Pantalla equipo analógico

2.1.1.2 Resolución

La resolución indica el mínimo cambio detectado por el equipo y suele ir de la mano con el rango, es decir cada rango puede tener un valor de resolución, es decir "Se define como el mínimo cambio detectado, en la medición de la variable por el equipo de medida (Barrera, 2011, pág. 21)." Para la función de tensión en corriente continua el (Manual de uso - Fluke 175, 177, 179, 2000) posee la siguiente tabla:

Tabla 2.1.1.2.1 Resolución

Nota. Recuperado de Fluke Corporation, All rights reserved. Printed in USA

Por ejemplo para el rango de 60,00 [V] la resolución es de 0.01 [V], es decir se incrementara los valores en su pantalla de la siguiente manera:

• 0 - 0.01 - 0.02 - 0.03 - 0.04 - 0.05 . . . 60.00 [V].

En la pantalla del equipo es el punto el que determina la resolución del equipo.

Figura 2.1.1.2.1 Pantalla equipo

Aunque dependiendo de la calidad y del mismo equipo puede que no incremente de a una unidad por ejemplo se puede dar el caso donde se posea un equipo en donde la resolución es de 0.05 por lo que se tendría una secuencia tal que así:

• 0 - 0.05 - 0.10 - 0.15 - 0.20 - 0.25 . . . 60.00 [V].

Por esto es importante también apoyarse en el catálogo y en la información que suministra el fabricante y no solo la información suministrada por la pantalla o caratula del equipó de medición a simple vista.

2.1.1.3 Exactitud

De forma sencilla la exactitud es el "grado de cercanía entre el valor medido y el valor verdadero de la magnitud bajo medición."(Barrera, 2011, pág. 22), es decir que tan preciso y cercano al valor medio se puede acercar el equipo.

En equipos analógicos están dados por la caratula y pueden llegar a desviarse según desde el punto donde sea observado, por otro lado en equipos digitales se divide en dos partes como se ve en la tabla en la función de Tensión D.C del (Fluke, 2000):

Tabla 2.1.1.3.1 Exactitud

Nota. Recuperado de Fluke Corporation, All rights reserved. Printed in USA

Estos valores tienen el siguiente significado de acuerdo a (Barrera, 2011, pág. 22):

La exactitud se comporta como la incertidumbre, es decir es la forma en la que el equipo puede llegar a desviarse del valor verdadero o del valor medio y por lo tanto requiere un cálculo que depende del rango y la resolución, por ejemplo:

Se ha realizado la medición de una tensión en corriente continua de 250.3 [V] dada por el Fluke 179, para esta medición fue usado el rango más adecuado el cual es de 600.0 [V] en este rango se encuentran las siguientes características según el (Fluke, 2000):

Tabla 2.1.1.3.2 Especificaciones multímetro en función voltímetro D.C

Nota. Recuperado de Fluke Corporation, All rights reserved. Printed in USA

Como se puede observar comparando los diferentes rangos en la función de voltímetro D.C cada uno posee una resolución y exactitud diferente, por lo cual el rango es el que determina que datos se van a utilizar a la hora de realizar los cálculos de que tan precisa va a ser la medición a realizar, así que es de vital importancia escoger el rango adecuado para la medición que se desee hacer para así evitar incrementar los errores en la medición.

Para determinar que tanto puede desviar la medición el equipo o la incertidumbre del equipo se obtiene la siguiente formula según (Barrera, 2011, pág. 22):

Ecuación 2.1.1.3.1 Incertidumbre del equipo

En otras palabras para el ejemplo dado anteriormente se aplica de la siguiente manera:

Ecuación 2.1.1.3.2 Incertidumbre del equipo aplicado

• El valor será dado con las misma cantidad de decimas que posee la resolución (en este caso 0.1).
• La medición para este caso puede desviarse máximo 0.4 [V] y mínimo 0.4 [V], es decir aplicado a los 250.3 [V] se obtiene que el valor máximo registrado puede ser 250.7 [V] y el valor mínimo registrado es 249.9 [V].
• Entre el rango de 249.9 [V] y 250.7 [V] se encuentra tanto el valor verdadero como el valor medio.

2.1.2 Impedancia de Entrada y Manejo del multímetro (conexiones)

En el momento de realizar mediciones con equipos eléctricos lo más usual es sentir dudas en cómo se acoplan los equipos al sistema/circuito a analizar, a continuación se hará un breve resumen de las funciones básicas  y formas de conexión que posee un multímetro moderno las cuales son:

• Voltímetro medición de Voltaje).
• Amperímetro (medición de corriente).
• Óhmetro medición de resistencia).

Estas funciones son la base para realizar mediciones más complejas (potencia, energía, resistencia de puesta a tierra, etc.). Esto con el fin de aportar una explicación sencilla y clara de cómo se conectan los equipos además de cómo influyen en el circuito/sistema ya que poseen una resistencia de salida (o impedancia en caso de circuitos en corriente alterna A.C) por lo cual no se puede ignorar su participación en las mediciones, es decir que "se define como la impedancia que presenta el multímetro en sus terminales, al conectarse al circuito de medida". (Barrera, 2011, pág. 23), por ello es de vital importancia no ignorarlos.

Conclusiones

• En cuanto a medición de tensión se debe tener en cuenta que tensión se desea medir y en que par de nodos se encuentra, para así realizar una medición adecuada.
• En cuanto a corriente conectar el equipo de forma adecuada determina cuanta corriente pasa a través de él, es decir determina si la medición es adecuada o por el contrario una medición incorrecta que puede llevar a grandes daños.
• En cuanto a resistencia es de vital importancia aislar el sistema de cualquier fuente de alimentación, ya que la inyección de corriente y la corriente propia del sistema pueden llevar a grandes daños.
• Estas conexiones de equipos son el principio de funcionamiento de otros equipos o elementos que realizan tareas similares ya sea en corriente continua o alterna (telulometro, megger, medidor de energía, medidor de potencia, transformador de corriente, transformador de tensión, etc.).
• Sin importar el equipo es importante la revisión de manual y catálogo, estos no solo aportan datos del funcionamiento o formas de conexión, sino que además otorgan al operador del equipo datos necesarios para incluir y realizar en el análisis de las mediciones.

2.1.2.1 Voltímetro (medición de voltaje)

El voltímetro o multímetro en función de medición de voltaje se encarga de realizar la medición de diferencia de potencial existente entre dos puntos, como por ejemplo la diferencia de potencial existente entre los extremos de una resistencia (R2):

Figura 2.1.2.1.1 Diferencia de potencial o caída de tensión en R2

Para realizar la medición de VR2 el equipo debe estar conectado en los mismos nodos que el elemento R2 (paralelo a R2) esto con el fin de compartir el mismo voltaje existente entre los nodos, este tipo de conexión es posible verlo en él catálogo (Fluke, 2000).

A continuación se puede ver la identificación de cada nodo del circuito:

Figura 2.1.2.1.2 Identificación de nodos

Como se puede apreciar la caída de tensión V2 se encuentra entre el nodo 2 (rojo) y el nodo común (negro) es decir que al incluir el equipo de medición esto no debe ser modificado:

Figura 2.1.2.1.3 Voltímetro incluido en el sistema/circuito

Lo que se hace usualmente en ejercicios teóricos o simulaciones por computadora es tomar al equipo de medición como un equipo ideal, es decir que no tiene ningún valor que incluya e influya al sistema; esto por desgracia en el mundo físico no es así, al ser el equipo de medición un elemento que se incluye físicamente al sistema este posee un valor que modifica el sistema.

De acuerdo a los datos suministrados por el catalogo (Fluke, 2000) la función de medición de voltaje el equipo se comporta de la siguiente manera:

Tabla 2.1.2.1.1 Impedancia de entrada Voltímetro

Nota. Recuperado de Fluke Corporation, All rights reserved. Printed in USA

Los valores dados en la tabla de impedancia de entrada son los importantes para este caso ya que determinan los valores que adoptan la resistencia y el condensador que adopta el modelo del multímetro en función de voltímetro dado por (Barrera, 2011, pág. 23):

Figura 2.1.2.1.4 Voltímetro Modelado

Los valores que toma RM-RV y CM-CV (resistencia y condensador del multímetro-voltímetro, depende de la notación que se prefiera) será dada por la Tabla 2.1.2.1.1: Impedancia de entrada Voltímetro.

Para el caso de Corriente Continua solo se toma el valor de la resistencia, esto es debido a que el condensador se comporta como un circuito abierto.

Esta información puede ser encontrada en los catálogo en la sección de impedancia de entrada, o en información relacionada con la función a usar (en este caso función voltímetro).

Una vez identificado el modelo del voltímetro es posible remplazarlo en el circuito previamente estudiado:

Figura 2.1.2.1.5 Simbología Vs Modelo Eléctrico en Corriente Continua

Con este nuevo circuito que contiene el modelo eléctrico del voltímetro en corriente continua se puede hacer un análisis del error de la medición para determinar cómo afecta el equipo de medida al circuito a analizar.

 

2.1.2.2 Amperímetro (medición de corriente)

El amperímetro o multímetro en función de medición de corriente se encarga de realizar la medición de flujo de corriente que va a través de los elementos, como por ejemplo corriente que fluye por una resistencia (R1):

Figura 2.1.2.2.1 Flujo de corriente eléctrica en R1

Para realizar la medición de If el equipo debe estar conectado de tal forma que la corriente pase a través de él, una forma sencilla de imaginarse la corriente eléctrica es comparándolo con un flujo de agua.

A continuación se puede ver la identificación de los nodos divisores de corriente:

Figura 2.1.2.2.2 Identificación nodos divisores de corriente

Como se puede estos nodos divisores de corriente dividen la corriente en tres (3), la naranja corresponde a la corriente If, la roja y la amarilla son porciones de la corriente If (naranja) de acuerdo a las resistencias R2 y R3.

El amperímetro o multímetro en posición de medición de corriente se puede ubicar en cualquier posición de la línea naranja ya que está en toda su longitud tendrá el mismo valor de corriente, este tipo de conexión es posible verlo en el catálogo (Fluke, 2000):

Figura 2.1.2.2.3 Amperímetro incluido en el sistema/circuito

Lo que se hace usualmente en ejercicios teóricos o simulaciones por computadora es tomar al equipo de medición como un equipo ideal, es decir que no tiene ningún valor que incluya e influya al sistema; esto por desgracia en el mundo físico no es así, al ser el equipo de medición un elemento que se incluye físicamente al sistema este posee un valor que lo influye y modifica.

De acuerdo a los datos suministrados por el catalogo (Fluke, 2000) la función de medición de voltaje el equipo se comporta de la siguiente manera:

• Amplificadores de voltaje de entrada de carga (típico): 400 mA de entrada 2 mV / mA, 10 A de entrada 37 mV / A

Los valores dados por catálogo indican los valores que toma el modelo del amperímetro, en este caso están dados en V/A que es igual a ohmios [Ω] es decir resistencia, dado por (Barrrera, 2011, pág. 23):

Figura 2.1.2.2.4 Amperímetro Modelado

Los valores que toma Ramp serán dado por la notación previamente descrita dependiendo del rango de operación en el que se esté usando en amperímetro (en el caso del fluke 179 este posee la función de 400 [mA] y 10 [A]).

Para el caso de medición de corriente existe un valor de resistencia dependiendo del rango mas no del tipo de medición (corriente continua o alterna) así que para ambas aplicaciones se usa el mismo modelo eléctrico.

Esta información puede ser encontrada en los catálogo en una notación dada en la tabla de rangos y exactitudes (la numero 6 en el fluke 179) o en la sección que especifique la tensión de carga (burden voltage).

Una vez identificado el modelo del amperímetro es posible remplazarlo en el circuito previamente estudiado:

Figura 2.1.2.2.5 Simbología Vs Modelo Eléctrico en Corriente Continua

Con este nuevo circuito que contiene el modelo eléctrico del amperímetro en corriente continua se puede hacer un análisis del error de la medición para determinar cómo afecta el equipo de medida al circuito a analizar.

2.1.2.3 Óhmetro (medición de resistencia)

Para realizar la medición de la resistencia eléctrica R4 se debe aislar del sistema y de cualquier fuente de alimentación, este es el tipo de medición de resistencia más común y se puede encontrar en el catálogo (Fluke, 2000):

Figura 2.1.2.3.1 Aislamiento de R4

Esto se debe a que el óhmetro inyecta corriente al sistema y luego realiza una medición de caída de tensión, para posteriormente internamente realizar un cálculo o conversión de la medición a resistencia eléctrica mediante ley de ohm (V=R*I).

Figura 2.1.2.3.2 Medición de Resistencia R4

• Medición Resistencia Vista Desde a-b o Resistencia Thevenin:

Para realizar la medición de la resistencia eléctrica vista desde R4 se debe aislar el sistema de cualquier fuente de alimentación, al tener una fuente de tensión los puntos en donde estaba conectada la fuente queda como circuito abierto de acuerdo a la teoría descrita en circuitos equivalentes Thevenin:

Figura 2.1.2.3.3 Aislamiento de todo el circuito

Esto se debe a que el óhmetro inyecta corriente al sistema y luego realiza una medición de caída de tensión, para posteriormente internamente realizar un cálculo o conversión de la medición a resistencia eléctrica mediante ley de ohm (V=R*I).

Figura 2.1.2.3.4 Medición de resistencia desde los putos a-b

La medición de resistencia en los puntos a-b se suele hacer para determinar la resistencia Thevenin del sistema visto en los puntos ya mencionados.

• Error de conexión grave y común:

El error más común a la hora de conectar el equipo es realizar la medición directamente en un circuito energizado, es necesario presentar este error debido a que representa un gran peligro tanto para el equipo como para el operador, ya que se está contando con la corriente propia del circuito como de la corriente inyectada por el óhmetro, si la corriente supera las protecciones del equipo se puede ver seriamente afectado e incluso generar quemaduras si el operador está cerca de este.

Figura 2.1.2.3.5 Óhmetro mal incluido en el sistema/circuito

Este equipo al no estar incluido directamente en el circuito/sistema no tiene una representación o equivalente dado en resistencias, sin embargo al realizar mediciones de resistencia aporta una incertidumbre de la medición la cual es dada por el fabricante según el rango de operación, por lo que es de vital importancia hacer uso de catálogo del equipo para determinar las incertidumbres las cuales afectan directamente a los cálculos que se realicen sobre el circuito/sistema.

El mismo funcionamiento del óhmetro (inyección de corriente, medición de tensión y conversión a valores de resistencia) es usado en equipos que se encargan en medir potencia, resistencia de puesta a tierra o energía; donde el equipo realiza una medición de corriente o tensión según se requiera e internamente realiza una operación o conversión (dependiendo si es analógico o digital el equipo) para determinar las variables que se desean consultar.

 

2.1 Especificaciones Básicas en Equipo digital	2.2 Medición de corriente D.C con equipos digitales