FÍSICA: ELECTRICIDAD: Magnetismo y electromagnetismo - 6ª parte
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Física

ELECTRICIDAD

Magnetismo y electromagnetismo - 6ª parte


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Ejemplo del amperímetro de bobina móvil

letra capitular El amperímetro de corriente continua de aguja móvil (analógico) todavía es apreciado por muchos técnicos en detrimento de los modernos amperímetros y polímetros digitales. El motivo principal se encuentra en que, durante una medición, el simple movimiento de la aguja y su cadencia es capaz de dar determinada información visual de la que carecen los aparatos con visualizador digital.

Podríamos asemejar esto al panel de instrumentos de un automóvil; a pesar de que los medidores electrónicos digitales están ampliamente introducidos en muchos equipos modernos, sin embargo, en las mediciones realizadas en los automóviles no prosperan con la misma facilidad. Así, es común observar como los instrumentos de medida de velocidad, revoluciones del motor, temperatura y otras medidas básicas, siguen siendo analógicas. Sin duda, la comodidad de visualización y otras características inherentes a la información aportada por el movimiento de las agujas, han imperado hasta ahora sobre los precisos medidores digitales

En mediciones eléctricas, esta característica es igualmente aplicable a cualquier otro instrumento de medida por aguja móvil, sea voltímetro, ohmímetro, etc.

Características del amperímetro analógico

El amperímetro analógico de aguja con bobina móvil es un instrumento destinado a medir la cantidad de corriente continua que circula por un circuito eléctrico. Las partes principales del instrumento son una bobina, un imán permanente y un muelle de torsión en la bobina. Un extremo del muelle está unido a la bobina y el otro a la caja del aparato.

La bobina está sostenida por pivotes, de tal forma que puede girar a un lado y a otro dentro del campo magnético producido por el imán permanente. Como se muestra en la siguiente ilustración, cuando se conecta la bobina al circuito la corriente circula por ella en la dirección de las flechas y produce un campo magnético. Este campo tiene la misma polaridad que el de los polos adyacentes del imán. Dado que los polos del mismo signo se repelen, la bobina tenderá a girar hasta que sus polos coincidan con los opuestos del imán. El muelle de torsión se opone a esa rotación y evita que la bobina gire todo alrededor. Cuando la fuerza de repulsión es equilibrada con la del muelle, la bobina se detiene. La rotación es proporcional a la acción conjunta de la bobina del imán. Como la fuerza del campo magnético de la bobina es proporcional a la corriente que circula por ella, la magnitud de la rotación es proporcional a la cantidad de corriente que fluye. De esta forma, una aguja moviéndose sobre una escala graduada e insertada en la bobina, nos indicará la cantidad de corriente que circula cuando el amperímetro está conectado a un circuito.

Los campos magnéticos de la bobina son de igual polaridad que los campos adyacentes del imán, repeliéndolos y girando hasta el límite de torsión del muelle
Los campos magnéticos de la bobina son de igual polaridad que los campos adyacentes del imán, repeliéndolos y girando hasta el límite de torsión del muelle

En un amperímetro de aguja móvil real las piezas polares tiene forma como se ilustra en la siguiente figura. Dentro de esas piezas polares va colocado un núcleo cilíndrico de hierro. Aunque por motivos de mejor comprensión la figura muestra un amplio espacio entre la bobina y el imán, en un amperímetro real ese espacio es ínfimo, solo lo suficiente para que la bobina pueda girar dentro del imán sin rozar con las piezas polares. El núcleo de hierro asegura que el campo magnético sea uniforme en magnitud y dirección. La corriente, al circular por la bobina, causará su rotación hasta que el muelle ejerza la tensión proporcional a ésta. Controlando la rotación de la bobina nos aseguramos de la exactitud del amperímetro y sus lecturas.

En un amperímetro de aguja móvil real las piezas polares tiene forma como se ilustra en la siguiente figura

Añadiendo la aguja y la escala, el amperímetro descrito se convierte en un instrumento completo de medida de corriente. Para que la inercia sea pequeña, las partes móviles se construyen de materiales muy ligeros. Para que el peso sea pequeño y asegurar al mismo tiempo que el par sea grande, la bobina se construye de muchas vueltas de hilo conductor muy fino. Normalmente, la aguja es de aluminio muy delgado, no obstante, se puede utilizar cualquier material ligero. Para reducir la fricción, el eje de la bobina se apoya en rubíes.

Galvanómetro de D'Arsonval

El aparato descrito anteriormente es el galvanómetro de D'Arsonval, mecanismo que emplean todos los amperímetros prácticos de bobina móvil. En el tipo D'Arsonval, el elemento móvil está conectado de tal forma que puede utilizarse como amperímetro y voltímetro. Para usarlo como amperímetro, la bobina está conecta a un shunt (un puente) que conduce la mayor parte de la corriente que circula por el aparato. Para usarlo como voltímetro, la bobina está conectada en serie con una resistencia que hace que la corriente que se toma del circuito a medir sea muy pequeña.

Ilustración de las partes esenciales de un galvanómetro de D'Arsonval
Ilustración de las partes esenciales de un galvanómetro de D'Arsonval:
1-Elemento estacionario (imán permanente; 2-Elemento móvil (bobina giratoria); 3-elemento controlador del movimiento (muelle espiral); 4-Montura y cojinetes; 5-Aguja y escala

La cantidad de corriente que hace deflectar la aguja a escala completa, se denomina sensibilidad del amperímetro. Así, la sensibilidad del amperímetro se expresa en términos de corriente. Cuanta menos corriente haga falta para que la aguja recorra la escala completa, más sensible es el amperímetro. Para medir corrientes en los equipos de electrónica se usan amperímetros de sensibilidad mayor de 0,1 amperios. No son raros los amperímetros con sensibilidad de 1 miliamperio, y aún de 100 microamperios.

Para medir cantidades de corriente mayores de las que la bobina puede conducir, sin dañarse, se conecta en paralelo con ella una resistencia. Esto hace que la corriente a medir se divida entre la bobina y la resistencia; la porción más pequeña por aquélla y la restante por ésta (se denomina shunt del amperímetro). Normalmente, los shunts se montan en el interior del aparato.

Shunt del galvanómetro de D'Arsonval

Los amperímetros destinados a medir varias escalas de corriente tienen un shunt para cada una de ellas. Los shunts se montan con un terminal común y se conectan con un interruptor múltiple. Llevando el interruptor a la escala deseada, se introduce en el circuito del amperímetro el shunt correspondiente. Las resistencias shunt suelen tener unos valores de resistencia muy bajos, de fracciones de ohmio.

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