En mediciones eléctricas la principal dificultad que encontramos al intentar medir cualquiera de las magnitudes relacionadas con la energía eléctrica, es la de encontrar los métodos que permitan “hacerlas visible” para luego poder cuantificarlas. A grandes rasgos, si pensamos en instrumentos de mediciones eléctricas en donde el instrumento indicador este compuesto en su parte visible por una aguja que se desplaza sobre una escala graduada, podemos generalizar y decir que existen dos métodos empleados para medir magnitudes eléctricas, el método de deflexión y el método de detección de cero.
En los casos en donde la lectura se realiza directamente en función del desplazamiento o deflexión que produce el desplazamiento de la aguja indicadora, el método empleado es el de deflexión. Por ejemplo, si lo que queremos conocer es la intensidad de corriente eléctrica que circula por un circuito, introducimos un amperímetro en el cual la deflexión de su aguja indicadora será proporcional a la intensidad de corriente en el circuito.
El otro método utilizado es el de detección de cero en donde lo que se busca es la
indicación nula o cero del instrumento indicador y, en función de esto, poder hallar el
valor de la magnitud que se está midiendo. Dicho de otra forma, lo que se busca en estos
instrumentos es que no se produzca deflexión alguna de la aguja indicadora.
Más adelante veremos en qué casos se emplea cada uno de estos métodos, no obstante,
la diferencia entre ambos es notoria. Para el caso del método de deflexión es necesario
que circule una corriente eléctrica por el instrumento para así producir la deflexión de la
aguja indicara, lo que trae como consecuencia la modificación del circuito que se está
midiendo. Por el otro lado, en el método de detección de cero, lo que se busca es que
no se produzca la deflexión de la aguja indicadora, para lo que es necesario que no
circule corriente eléctrica por el instrumento indicador. Esta característica del método de
detección de cero permite que el instrumento indicador no altere al circuito que se está
midiendo lo cual lo torna mucho más exacto que el método de deflexión. En cambio,
este último es mucho más práctico y de fácil aplicación.
Dejando de lado estas diferencias mencionadas ambos métodos pueden aplicarse de
acuerdo a los siguientes métodos.
Método de comparación.
Este método consiste en un tipo de medición, en general indirecta, en donde la magnitud
que se desea medir es hallada por comparación de los efectos que se producen en esta
y un elemento del mismo tipo con el que comparte circuito que es tomado como base
de comparación. Este último podría ser un instrumento de medida materializada.
Pongamos el siguiente ejemplo, queremos conocer el valor de una resistencia (Rx) y para
ello la conectamos en serie con una resistencia de la cual conocemos su valor, para el
caso utilizaremos una resistencia patrón (Rp) de 100. Al conjunto formado por ambas
resistencias lo conectamos a una fuente de alimentación y, como instrumento de medida
utilizaremos un voltímetro.
Como puede observarse en las figuras, luego de conectar el circuito mediremos en
distintos momentos la caída de tensión que se produce en la resistencia incógnita (ΔVx)
y la caída de tensión que se produce en la resistencia patrón (ΔVp). El orden en el que lo
realicemos es totalmente indistinto.
Siendo que ambas resistencias se encuentran conectadas en serie, la corriente que las
atraviesa es la misma, por lo que podemos hacer las siguientes afirmaciones.
Igualando y despejando encontramos que.
Hallada esta fórmula, para conocer el valor de la resistencia que se desea medir solo
queda reemplazar por el valor de la resistencia patrón y por los valores de caída de
tensión obtenidos en ambas mediciones.
Como puede deducirse, si bien el método de comparación permite conocer el valor de
una magnitud por medio de mediciones del tipo indirectas, a través del método de
deflexión ya que utilizamos un voltímetro como instrumento de medida, el resultado al
que lleguemos arrastrará una serie de errores cometidos en las mediciones de las caídas
de tensión, como así también los producidos al realizar el cálculo. Esto debe ser en cuenta
a la hora de determinar si este método es acorde a nuestras necesidades ya que lo
anteriormente mencionado afectará a la exactitud de la medida.
Método de sustitución.
En este método de medición la incógnita es reemplazada por un elemento patrón, el cual
es ajustado para que produzca el mismo efecto que la incógnita. Veamos un ejemplo.
Queremos conocer el valor de una resistencia (Rx) para ello montamos el siguiente
circuito. El mismo se encuentra conformado por una fuente de alimentación, una
resistencia limitadora (Rl), un amperímetro y una llave selectora, todos conectados en
serie. La llave permite seleccionar entre la resistencia incógnita (Rx) y la resistencia patrón
(Rp).
Para realizar la medición se debe colocar a la llave selectora en la posición “a” de forma
que la corriente eléctrica circule por la resistencia incógnita. Hecho esto se lee el valor
indicado por el amperímetro y se procede a cambiar la posición de la llave selectora al
punto “b”. A continuación, se debe ajustar la resistencia patrón buscando que el
amperímetro indique el mismo valor de intensidad de corriente que con la resistencia
incógnita. Cuando ocurre esto podemos decir que el valor de la resistencia incógnita y
la resistencia patrón son iguales (Rx = Rp).
De igual forma podemos plantear un nuevo esquema en donde el instrumento de
medida a utilizar sea un voltímetro, tal como se muestra en el siguiente esquema.
De igual forma que en el ejemplo anterior, la medición comienza colocando la llave
selectora en la posición “a” y se procede a leer el valor indicado por el instrumento.
Posteriormente se pasa la llave a la posición “b” y se procede a ajustar la resistencia
patrón hasta lograr que su efecto sea igual que el de la resistencia incógnita.
En ambos ejemplos, con el fin de proteger a los instrumentos se ha incorporado una
resistencia adicional: una resistencia limitadora en el caso del amperímetro, y una
resistencia de carga en el caso del voltímetro.
Método de diferencial
Este método se utiliza para medir la variación de una magnitud en función de un valor
inicial. Dicho valor se ajusta con respecto a una referencia estable, de forma que el
instrumento indique “cero”. Cualquier variación de la magnitud a medir será detectada e
indicada por el instrumento utilizado.
Un ejemplo de aplicación de este método es el utilizado por el puente de Wheatstone.
El principio de funcionamiento del mismo, como su aplicación mediante los métodos de
detección de cero y diferencial será abordado en capítulos posteriores.
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