Medidas de tensión y corriente

Métodos y técnicas de medida de la tensión y corriente eléctrica partiendo de la manera en que funcionan los instrumentos empleados para llevarlas a cabo.

Al realizar la verificación y puesta a punto de un circuito electrónico para su reparación, o simplemente para experimentar con él, es necesario efectuar una serie de medidas de la tensión y/o corriente en alguno de sus puntos. Una tensión diferente a la debida en un punto determinado de un circuito puede significar un mal funcionamiento o un deterioro del mismo. La realización de este tipo de medidas no es compleja, pero resulta muy conveniente tener un cierto conocimiento de los instrumentos utilizados y de la manera de realizarlas correctamente. 

Como es de suponer, los instrumentos de medida de tensión y corriente eléctrica están basados en la regla fundamental de la electricidad, la Ley de Ohm. Está ley establece la relación existente entre la tensión en los extremos de un circuito y el producto de la corriente que circula por la resistencia que éste presenta a su paso (V = I x R). 

Las técnicas que se emplean por estos instrumentos, al igual que el resto de la electrónica actual, pueden ser análogas, basadas en fenómenos electromagnéticos, o digitales, fundamentadas en la conversión de una magnitud física en un valor codificado en código binario.

Existe en el mercado una gran variedad de este tipo de instrumentos, tanto análogos como digitales. Algunos de ellos están diseñados para una aplicación específica, como voltímetros y amperímetros del tipo empleado en fuentes de alimentación, pero el instrumento más difundido es el llamado multímetro, capaz de medir corriente y tensión eléctrica, tanto continuas como alternas, en distintas escalas. Algunos también son capaces de medir resistencias y otros componentes activos. 

Instrumentos analógicos 

Se basan en el Galvanómetro, que consta de una bobina móvil fijada a un resorte en espiral, el cual se encuentra en el interior del campo magnético producido por un imán permanente. Cuando circula comente por la bobina aparece un campo magnético que se opone al creado por el imán. Este fenómeno produce un par de fuerzas sobre la bobina móvil que la hace girar. Cuando la fuerza producida sobre la bobina se iguala a la que ejerce el resorte, ésta se detiene. Cuanto mayor sea la corriente, el ángulo recorrido por la bobina será mayor. Cuando deja de circular la corriente, la bobina vuelve a su posición inicial por la acción del resorte de espiral

Instrumentos digitales 

Estos instrumentos constan de dos bloques básicos. El primero de ellos es el conversor analógico/digital, que transforma un valor de tensión aplicado en su entrada al mismo valor codificado en binario, empleando unas técnicas más o menos complejas. El segundo bloque es el de visualización, que convierte el código binario procedente del conversor en una serie de dígitos sobre una pantalla.

Medida de corriente

Como hemos visto al describir el funcionamiento de los instrumentos, la lectura que presentan es proporcional a la corriente que circula a través de ellos. Por lo cual, para realizar la medida de la corriente que circula por un determinado circuito eléctrico, debemos intercalar el instrumento de medida entre el positivo de la alimentación y el circuito. Así, la corriente que alimenta al circuito circula a través del instrumento, con lo que podremos leer el valor de la misma. Para poder medir valores de intensidad mayor que la máxima calculada por el instrumento, se recurre a situar una resistencia de protección calibrada en paralelo con el instrumento, de forma que la corriente que circula se divide en dos caminos, pasando una pequeña parte por el microamperímetro. Esta resistencia recibe el nombre de "shunt".

Para realizar la medida empleando un multímetro procederemos del modo siguiente: con la fuente de alimentación desconectada, deberemos seleccionar la escala adecuada, conectando después la punta de prueba positiva en el polo positivo de la fuente y la punta negativa en la entrada de tensión positiva del circuito. Una vez conectado, aplicaremos la tensión de alimentación. Si la escala seleccionada fuera demasiado grande para el valor medido, seleccionaremos otra de mayor sensibilidad, siempre sin llegar al valor máximo, o valor de fondo de escala, de la misma.

Medida de tensión

Los instrumentos de medida de tensión emplean también un microamperímetro, o un miliamperímetro, para presentar el valor de la tensión aplicada en su entrada. Para poder realizar la medida, se incorpora una resistencia calibrada en serie con el instrumento. Así, al aplicar una tensión al circuito, la corriente que circula por el mismo es igual a la tensión aplicada dividida por la resistencia de protección. Por tanto, el instrumento mide la comente que circula a su través, pero la escala de lectura indicara el valor de la tensión, siendo el factor de conversión el valor de la resistencia calibrada.

La medida se realiza en paralelo, es decir, para medir la tensión entre dos puntos situaremos una punta de prueba en cada uno de ellos, y el valor leído corresponderá con la diferencia de potencial entre ambos puntos.

Para realizar la medida con un multimetro, seleccionaremos la escala capaz de medir un mayor valor de tensión y situaremos las puntas de prueba en los puntos que vamos a medir. Al igual que en el caso anterior, si la escala resultara inadecuada seleccionaríamos otra de mayor sensibilidad.

Partiendo de un galvanómetro podemos realizar medidas de corriente o tensión eléctrica. La corriente se mide en serie, es decir, intercalando el instrumento en el cable de alimentación positiva, por lo que la desviación de la aguja del instrumento será proporcional a la corriente que circula a su través. La resistencia de protección determinará la sensibilidad del instrumento.

La medida de tensión se realiza en paralelo, por lo que la corriente que circula por el instrumento es proporcional al valor de la resistencia de protección y al de la tensión aplicada.

Para poder variar la máxima corriente que se puede medir con un miliamperímetro se conectan resistencias en paralelo con el instrumento, de manera que solo parte de la corriente pase por el mismo. Si, por ejemplo, la máxima corriente que es capaz de medir un instrumento es de 100µA, y su resistencia interna es de 100 Ohmios, para poder medir una corriente de diez veces superior, 1mA, deberemos conectar en paralelo una resistencia, de manera que, al circular por el circuito una corriente de 1mA, por el instrumento pasen 100µA. Aplicando la ley de Ohm, se obtiene un valor de resistencia de 11,1 Ohmios, es decir, la resistencia que ha de conectarse será 9 veces inferior a la del instrumento.

Partiendo de un miliamperímetro podemos obtener un voltímetro de varias escalas. Tomando como ejemplo el instrumento anterior, ya que la corriente máxima es de 100µA y la resistencia es de 100 Ohmios, la máxima tensión que se podría medir seria 10mV (V= I x R). Para poder calcular distintas escalas hemos de insertar en serie con el instrumento resistencias de mayor valor. Si deseamos un voltímetro capaz de medir tensiones mayores, deberemos de insertar una resistencia, de forma que, al aplicar la tensión máxima que vamos a medir, por el instrumento circulen 100µA. En nuestro caso, y dado que la resistencia del instrumento es pequeña, para  1V utilizaríamos una resistencia de 10k, para 10V serían de 100k y para 100V necesitaríamos de 1M.

Empleando las mismas técnicas podemos medir también la resistencia eléctrica. Si conectamos una pila a un miliamperímetro, a través de una resistencia variable, podemos ajustar el valor de ésta hasta que el instrumento llegue a fondo de escala, es decir, mida su máximo de corriente. Si tomáramos ahora una resistencia de valor conocido, y las intercaláramos entre la pila y el potenciómetro, el valor de intensidad que indique el instrumento es proporcional al de la resistencia, por lo que, repitiendo el proceso varias veces, podríamos marcar una escala para el instrumento donde aparecieran valores de resistencia en lugar de valores de corriente. Con ello, al conectar una resistencia de valor desconocido podremos leer su valor en la escala.

Para medir el consumo de un aparato o circuito eléctrico intercalaremos un amperímetro en su toma de alimentación positiva, seleccionando la escala del mismo que permita medir más corriente. Una vez conectado, se alimentará el circuito, pudiendo leer en la escala del instrumento la corriente suministrada al circuito. Si la medida fuera demasiado pequeña para la escala elegida, seleccionaremos otra de mayor sensibilidad, observando siempre la precaución de no superar el valor de fondo de escala del instrumento.

En las medidas de tensión, situaremos el instrumento en paralelo con los puntos donde deseamos medir, siguiendo el mismo proceso de selección de escala que en el caso anterior.

La mayoría de los multímetros incorpora la medida de resistencias en distintas escalas. Suelen disponer de un mando de ajuste de cero, que servirá para calibrar el instrumento en cada escala de medida de resistencia. Para llevar a cabo la medida, seleccionaremos la escala y, haciendo un cortocircuito en las puntas de prueba, ajustaremos el valor de cero ohmios, tras lo que situaremos las puntas sobre los terminales de la resistencia, leyendo en la escala el valor correspondiente.