Mediciones Eléctricas

La mayoría de los equipos, herramientas y accesorios que usamos son electrónicos o usan alguna variable eléctrica. El propósito de este articulo es describir las magnitudes eléctricas más comunes que se emplean a diario en la industria:

  • Tensión
  • Corriente
  • Resistencia
  • Capacitancia
  • Frecuencia

Tensión: La tensión eléctrica o diferencia de potencial (también denominada voltaje) es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. La tensión se mide en Volts [V].
La tensión se usa en una cantidad de instrumentos de medición como: termopares, en transmisores de distinto tipo (salida 5V o 10V), en mediciones de pH y en baterías o circuitos de alimentación de muchísimos equipos.

La corriente eléctrica está definida por convenio en sentido contrario al desplazamiento de los electrones.

Corriente: La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del mismo. Al caudal de corriente (cantidad de carga por unidad de tiempo) se lo denomina intensidad de corriente eléctrica. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio [A].
La corriente se usa en la mayoría de los transmisores industriales (transmisores 4-20 mA), además se usa en la medición de resistencias y se mide corrientes para determinar el consumo de los distintos equipos a nivel industrial.

Resistencia: Se denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de electrones al moverse a través de un conductor. Es decir, la resistencia se opone a la libre circulación de corriente.​ La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohm [Ω].
La  resistencia es usada para la medición de los sensores de temperatura, como ser Pt-100, Pt-1000 y termistores, mediciones de humedad y en mediciones de conductividad. Además se usan resistencias especiales (shunts) para medir corrientes muy altas en algunas aplicaciones industriales y humedad.

La tensión, corriente y resistencia están relacionados por la ley de Ohm, donde:

V= I * R

Esta ley permite calcular como se comportaran circuitos eléctricos sencillos y realizar mediciones de una de las magnitudes de forma indirecta usando las otras 3 y su relación, esto se usa para mediciones de equipos tan variados como medidores de aislación, medidores de corriente, pinzas de alta tensión y termoresistencias.

Capacitancia: La capacitancia es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacidad es también una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de potencial eléctrico dada. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el capacitor. La unidad de capacitancia es  faradios [F].
La capacitancia se usa para mediciones de humedad.

Frecuencia: Frecuencia una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios [Hz]. En el caso de la tensión de línea en Argentina la frecuencia de la misma es de 50Hz.
La frecuencia esta relacionada con el tiempo y puede ser utilizada para calibrar cronómetros y timers

Algunos de los equipos de medición eléctrica mas comunes son:

Multimetros: Equipos que miden varias magnitudes eléctricas como ser; tensión, corriente, resistencia y frecuencia.

Pinzas amperometricas: Miden altas corrientes sin necesidad de interrumpir el circuito de medición. Miden el campo magnético producido por el paso de una alta corriente en un conductor. Mucha de las pinzas amperométricas permiten medir algunas de las magnitudes de un multímetro y son denominadas pinzas multimetricas. Las pinzas amperometricas son útiles en la determinación de consumo de forma rápida ya que permite medir sin desconectar el equipo a medir.

Osciloscopios: es un instrumento donde se puede visualizar la tensión en función del tiempo y se puede ver como esta varia con el tiempo. Se usa en electrónica para solucionar problemas o para desarrollo.

Medidores de aislación eléctrica (Meggers): Generan altas tensiones y miden resistencias de muy altas. Se usan para medir la resistencia de aislación en ensayos de seguridad eléctrica en la industria.

Miliohmetros: Permiten medir pequeñas resistencias gracias a las altas corrientes que emiten. Se usan para medir resistencia en motores, transformadores y otro tipo de bobinas.

Medidores de puesta a tierra: Miden la resistencia de puesta a tierra en instalaciones industriales o en hogareñas.

Calibradores de proceso: Equipos similares a los multimetros que además de medir pueden generar variables y sirven para calibrar distintas magnitudes como: temperatura por simulación eléctrica, transmisores por simulación eléctrica y sirven para leer transmisores, sensores de temperatura o módulos de presión patrón.

Calibración de variables eléctricas

La calibración de variables eléctricas se realiza con generadores de buena exactitud y estabilidad que en el caso de ser necesario son monitoreados con medidores de alta exactitud. Estos generadores son llamados multicalibradores. Son distintos a los calibradores de proceso fundamentalmente por su  mejor exactitud y un mayor rango. No son portátiles y no es recomendable llevarlos fuera del laboratorio.

Además de los patrones calibrados el laboratorio debe contar con personal extremadamente calificado en metrología

Debido a la alta linealidad de los sistemas analógicos-digitales la mayoría de los equipos electrónicos solo requiere ser calibrado en unos pocos puntos por rango (mayormente tienen varios rangos), los cuales pueden ser definidos por el fabricante del equipo, en acuerdo con el cliente o según experiencia previa.

 Medición de resistencia

Para entender la calibración de equipos de resistencia debemos entender primero como se mide una resistencia:

La medición en 2 hilos (Fig.1) la medición se hace aplicando una corriente en los cables y midiendo tensión en esos mismos cables. Este tipo de medición tiene la dificultad de que se mide la resistencia de los cables, por lo tanto no sirve para resistencias de bajo valor o cuando se quiere medir de forma muy exacta. La mayoría de los multímetros de mano miden de esta forma.

La medición en 4 hilos (Fig.2) la medición se hace aplicando una corriente en un juego de cables y midiendo tensión en el otro juego de cables. De esta forma no se mide la resistencia de los cables. Esta forma se usa para medir resistencias de bajo medio (1 a 100MOhms).

En temperatura la medición en 2 hilos se usa para termistores y algunos casos de PT100, y la de 4 hilos se usa para la mayoría de las termorresistencias

Consideraciones para resistencias de bajo valor (menores a 1 Ohm)

Los multímetros que miden en 4 hilos generan una corriente que va de 1 a 10mA, por lo tanto no es recomendable medir con estos resistencias menores a 1 Ohm. Para resistencias menores a 1 Ohm se usan equipos que generan corrientes desde 100mA hasta más de 100A que se aplican a las partes marcadas en el resistor como corriente y se mide la tensión en las partes marcadas para tal fin.

Consideraciones para resistencias de alto valor

La mayoría de los multímetros miden hasta 100MOhms, por encima de esos valores se usan equipos de medición que generan altas tensiones y miden la corriente circulante.

En estas mediciones hay que tener mucho cuidado de permanecer alejado de los cables y quieto porque el movimiento causa errores en la medición.

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