Medicions elèctriques

Archiu:Netzgeraet.jpg

Amperímetro i Voltímetro en una font d'energia elèctrica

Les medicions elèctriques són els métodos, dispositius i càlculs usats per a medir cantitats elèctriques. La medició de cantitats elèctriques pot fer-se en medir paràmetros elèctrics d'un sistema. Usant transductores, propietats físiques com la temperatura, pressió, fluix, força, i moltes atres poden convertir-se en senyals elèctriques, que poden ser convenientment registrades i mides.

En laboratoris d'alta precisió, es realisen medicions de cantitats elèctriques per a determinar propietats físiques fonamentals com la càrrega d'un electró o la velocitat de la llum, aixina com la definició de les unitats per a les medicions elèctriques, en precisió d'algunes parts per milló. Diàriament es requerixen medicions elèctriques menys precises en el sector industrial. Les medicions elèctriques són una branca de la metrologia.

Unitats de mides elèctriques

Les cantitats elèctriques més comunes són:

Coulomb (C, unitat de càrrega elèctrica)

Archiu:Amperímetro.png

Conexió d'un amperímetro en un circuit.

L'introducció de les magnituts elèctriques requerix afegir una nova unitat fonamental a la física: la de càrrega elèctrica. Esta unitat, que no pot derivar-se de les unitats de la mecànica, va anar originalment denominada Coulomb (terme castellanizado a coulomb, el símbol del qual és C) en honor a Charles-Augustin de Coulomb, primer que va medir directament la força entre càrregues elèctriques. Per la gran dificultat de medir directament les càrregues elèctriques en precisió, s'ha pres com unitat bàsica l'unitat de corrent elèctrica, que en el Sistema Internacional d'Unitats és l'amperi. L'unitat de càrrega resulta llavors una unitat derivada, que es definix com la cantitat de càrrega elèctrica que fluïx durant 1 segon a través de la secció d'un conductor que transporta una intensitat constant de corrent elèctrica de 1 amperi:

$C=A\cdot s$

Volt (V, unitat de potencial elèctric i força electromotriz)

El volt es definix com la diferència de potencial a lo llarc d'un conductor quan una corrent en una intensitat d'un amperi utilisa un vat de potència:

$V=\frac{J}{C}=\frac{{\text{m}}^2\cdot \text{kg}}{{\text{s}}^3\cdot \text{A}}$

Ohm (Ω, unitat de resistència elèctrica)

Un ohm és l'unitat derivada de resistència elèctrica en el Sistema Internacional d'Unitats

$\Omega =\frac{\text{V}}{\text{A}}=\frac{{\text{m}}^2\cdot \text{kg}}{{\text{s}}^3\cdot {\text{A}}^2}$

Archiu:Condensador.png

Condensador ideal la capacitat del qual s'expressa en faradis.

Siemens (S, unitat de conductància elèctrica)

Un siemens és la conductància elèctrica que existix entre dos punts d'un conductor que té un ohm de resistència:

$S=\frac{1}{\Omega }$

Faradi (F, unitat de capacitat elèctrica)

Un faradi és la capacitat d'un condensador entre les armadures del qual apareix una diferència de potencial elèctric d'1 volt quan està carregat d'una cantitat d'electricitat igual a un coulomb:

$\text{F}=\frac{A\cdot s}{V}=\frac{\text{C}}{\text{V}}=\frac{{\text{C}}^2}{\text{J}}=\frac{{\text{C}}^2}{\text{N}\cdot \text{m}}=\frac{{\text{s}}^2\cdot {\text{C}}^2}{{\text{m}}^2\cdot \text{kg}}=\frac{{\text{s}}^4\cdot {\text{A}}^2}{{\text{m}}^2\cdot \text{kg}}$

Tesla (T, unitat de densitat de fluix magnètic i inductividad magnètica)

Un tesla és una inducció magnètica uniforme que, repartida normalment sobre una superfície d'un metro quadrat, produïx a través d'esta superfície un fluix magnètic total d'un weber:

$T=\frac{Wb}{m^2}=\frac{V\cdot s}{m^2}=\frac{kg}{s^2\cdot A}$

Weber (Wb, unitat de fluix magnètic)

Un weber és el fluix magnètic que, en travessar un circuit d'una sola espira, produïx en la mateixa una força electromotriz d'1 volt si s'anula dit fluix en 1 segon per afluixó uniforme:

$Wb=V\cdot s=T\cdot m^2=\frac{m^2\cdot kg}{s^2\cdot A}$

Henrio (H, unitat d'inductància)

Un henrio és l'inductància d'un circuit en el que una corrent que varia a raó d'un amperi per segon dona com resultat una força electromotriz autoinducida d'un volt:

$H=\frac{V\cdot s}{A}=\frac{m^2\cdot kg}{s^2\cdot A^2}$

Instruments de mida

Es denominen instruments de medicions elèctriques a tots els dispositius que s'utilisen per a medir les magnituts elèctriques i assegurar aixina el bon funcionament de les instalacions i màquines elèctriques. La majoria són aparats portàtils de mà i s'utilisen per al montage; hi ha atres instruments que són conversores de mida i atres métodos d'ajuda a la medició, l'anàlisis i la revisió. L'obtenció de senyes cobra cada volta més importància en l'àmbit industrial, professional i privat. Es demanden, sobretot, instruments de mida pràctics, que operen d'un modo ràpit i precís i que oferixquen resultats durant la medició.

Archiu:Moving coil instrument principle.png

Principi de funcionament d'un galvanómetro.

Existixen molts tipos d'instruments diferents sent els més destacats els amperímetros, voltímetros, óhmetros, multímetros i osciloscopis.

Galvanómetro

Artícul principal → Galvanómetro.

Els galvanómetros són aparats que s'ampren per a indicar el pas de corrent elèctrica per un circuit i per a la mida precisa de la seua intensitat. Solen estar basats en els efectes magnètics o tèrmics causats pel pas de la corrent.

En un galvanómetro d'iman mòvil l'agulla indicadora està associada a un iman que es troba situat en l'interior d'una bobina per la que circula la corrent que tractem de medir i que crea un camp magnètic que, depenent del sentit de la mateixa, produïx una atracció o repulsió de l'iman proporcional a l'intensitat de dita corrent.

En el cas dels galvanómetros tèrmics, lo que es posa de manifest és l'allargament produït en calfar-se, pel Efecte Joule, al pas de la corrent, un fil molt fi enrollat a un cilindre solidari en l'agulla indicadora.

Amperímetros

Archiu:Tongtester.jpg

Amperímetro de pinça.

Artícul principal → Amperímetro.

Un amperímetro és un instrument que servix per a medir l'intensitat de corrent que està circulant per un circuit elèctric. En el seu disseny original els amperímetros estan constituïts, en essència, per un galvanómetro l'escala del qual ha segut graduada en amperis. En l'actualitat, els amperímetros utilisen un conversor analògic/digital per a la mida de la caiguda de tensió sobre un resistor pel que circula la corrent a medir. La llectura del conversor és llegida per un microprocessador que realisa els càlculs per a presentar en un display numèric el valor de la corrent circulant.

Per a efectuar la mida de l'intensitat de la corrent circulant l'amperímetro ha de colocar-se en série, per a que siga travessat per dita corrent. Es deu tindre especial conte, en utilisar un Amperímetro analògic, quan es realisa una medició de corrent. Pel born a on indique la magnitut a medir (en este cas A o mA), deurà estar conectat en la part del circuit a on "ingresse la corrent que es desija medir", i el born COM deurà estar conectat en la partix restant del circuit que es va interrompre per a realisar la medició de la corrent. En cas contrari a realisar la medició d'esta forma, l'agulla deflexionará en sentit opost a l'establit per l'instrument, provocant el possible trencament de l'agulla. Açò du a que l'amperímetro deu posseir una resistència interna lo més chicoteta possible, a fin de que no produïxca una caiguda de tensió apreciable. Per a això, en el cas d'instruments basats en els efectes electromagnètics de la corrent elèctrica, estan dotats de bobines de fil gros i en poques espiras.

Voltímetros

Artícul principal → Voltímetro.

Archiu:Voltmeter.jpg

Dos voltímetros digitals.

Un voltímetro és un instrument que servix per a medir la diferència de potencial o voltage entre dos punts d'un circuit elèctric tancat pero al mateix temps obert en els pols. Els voltímetros es classifiquen pel seu funcionament mecànic, sent en tots els casos el mateix instrument:

• Voltímetros electromecànics: en essència, estan constituïts per un galvanómetro l'escala del qual ha segut graduada en volts. Existixen models que separen les corrents contínua i alterna de la senyal, podent medir-les independentment.
• Voltímetros electrònics: afigen un amplificador per a proporcionar major impedència d'entrada i major sensibilitat.

• Voltímetros vectorials: s'utilisen en senyals de microones. Ademés del mòdul de la tensió donen una indicació de la seua fase.
• Voltímetros digitals: donen una indicació numèrica de la tensió, normalment en una pantalla tipo LCD. Solen tindre prestacions adicionals com a memòria, detecció de valor de pico, verdader valor eficaç (RMS), selecció automàtica de ranc i atres funcionalitats.

Per a efectuar la mida de la diferència de potencial el voltímetro ha de colocar-se en paralel, açò és, en derivació sobre els punts entre els que es tracta d'efectuar la mida. Per a això, en el cas d'instruments basats en els efectes electromagnètics de la corrent elèctrica, estan dotats de bobines de fil molt fi i en moltes espiras, en lo que en poca intensitat de corrent a través de l'aparat es conseguix la força necessària per al desplaçament de l'agulla indicadora.

Óhmetro

Artícul principal → Óhmetro.

Archiu:Ohmmeter.jpg

Óhmetro.

Un óhmetro o ohmímetro és un instrument per a medir la resistència elèctrica. El disseny d'un óhmetro es compon d'una chicoteta bateria per a aplicar un voltage a la resistència baix mida, per a després per mig d'un galvanómetro medir la corrent que circula a través de la resistència. L'escala del galvanómetro està calibrada directament en ohms, ya que en aplicació de la llei de Ohm, en ser el voltage de la bateria fixa, l'intensitat circulant a través del galvanómetro solament va a dependre del valor de la resistència baix mida, açò és, a menor resistència major intensitat de corrent i viceversa.

Existixen també atres tipos de óhmetros més exactes i sofisticats, en els que la bateria ha segut substituïda per un circuit que genera una corrent d'intensitat constant I, la qual es fa circular a través de la resistència R baix prova. Un óhmetro de precisió té quatre terminals, denominats contactes Kelvin. Dos terminals duen la corrent constant des del medidor a la resistència, mentres que els atres dos permeten la mida del voltage directament entre terminals de la mateixa, en lo que la caiguda de tensió en els conductors que apliquen dita corrent constant a la resistència baix prova no afecta a l'exactitut de la mida.

Polímetro

Artícul principal → Multímetro.

Archiu:Digital Multimeter Aka.jpg

Multímetro digital a on poden medir-se vàries magnituts elèctriques.

Un multímetro, cridat també polímetro o tester, és un instrument que oferix la possibilitat de medir distintes magnituts en el mateix aparat. Les més comunes són les de voltímetro, amperímetro i óhmetro. És utilisat freqüentment pel personal tècnic en tota la gama d'electrònica i electricitat. Existixen distints models que incorporen ademés de les tres funcions bàsiques abans citades atres medicions importants, tals com a mida d'inductàncias i capacitancias; comprobador de diodos i transistorés; o escales i zócalos per a la mida de temperatura per mig de termoparellés normalisats.

També hi ha multímetros en funcions alvançades i medix corrent que permeten: generar i detectar la freqüència intermija d'un aparat, aixina com un circuit amplificador en altaveu per a ajudar en la sintonia de circuits d'estos aparats; el seguiment de la senyal a través de totes les etapes del receptor baix prova; realisar la funció d'osciloscopi per damunt del milló de mostres per segon en velocitat d'agranada, i molt alta resolució; sincronisar-se en atres instruments de mida, inclús en atres multímetros, per a fer mides de potència puntual (potencia = voltage * intensitat); utilisar-se com a aparat telefònic, per a poder conectar-se a una llínea telefònica baix prova, mentres s'efectuen mides per la mateixa o per una atra adjacent; realisar comprovacions de circuits d'electrònica de l'automòvil i gravació de raches d'alt o baix voltage.

Este instrument de mida pel seu preu i la seua exactitut seguix sent el preferit de l'aficionat o professional en electricitat i electrònica. Hi ha dos tipos de multímetros: analògics i digitals.

Osciloscopi

Artícul principal → Osciloscopi.

Archiu:Tektronix 465 Oscilloscope.jpg

Osciloscopi Tektronik.

Es denomina osciloscopi a un instrument de medició electrònic per a la representació gràfica de senyals elèctriques que poden variar en el temps, que permet visualisar fenomens transitoris aixina com formes d'ones en circuits elèctrics i electrònics i per mig del seu anàlisis es pot diagnosticar en facilitat quins són els problemes del funcionament d'un determinat circuit. És un dels instruments de mida i verificació elèctrica més versàtils que existixen i s'utilisa en una gran cantitat d'aplicacions tècniques. Un osciloscopi pot medir un gran número de fenomens, si va proveït del transductor adequat.

L'osciloscopi presenta els valors de les senyals elèctriques en forma de punts clau en una pantalla, en la que normalment l'eix X (horisontal) representa temps i l'eix I (vertical) representa tensions. L'image aixina obtinguda es denomina oscilograma. Solen incloure una atra entrada, cridada "eix Z" que controla la lluminositat del fes, permetent resaltar o apagar alguns segments de la traça. El funcionament de l'osciloscopi està basat en la possibilitat de desviar un fes d'electrons per mig de la creació de camps elèctrics i magnètics. Les dimensions de la pantalla de el TRC estan actualment normalisades en la majoria d'instruments, a 10 cm en l'eix horisontal (X) per 8 cm en l'eix vertical (I).

L'osciloscopi es fabrica baix moltes formes distintes, no solament sobre l'aspecte purament físic sino sobre les seues característiques internes i per tant a les seues prestacions i possibilitats d'aplicació de les mateixes. Existixen dos tipos d'osciloscopis: analògics i digitals. Els analògics treballen en variables contínues mentres que els digitals ho fan en variables discretes. Abdós tipos tenen les seues ventages i inconvenients. Els analògics són preferibles quan és prioritari visualisar variacions ràpides de la senyal d'entrada en temps real. Els osciloscopis digitals s'utilisen quan es desija visualisar i estudiar events no repetitius, com a tensió que es produïx aleatoriament.

Analisador d'espectre

Artícul principal → Analisador d'espectre.

Archiu:Spektrumanalysator caps block 12 von Rohde & Schwarz.jpg

Analisador d'espectre.

Un analisador d'espectre és un equip de medició electrònica que permet visualisar en una pantalla els components espectrals de les senyals presents en l'entrada, podent provindre estes de qualsevol tipo d'ones elèctriques, mecàniques, acústiques, òptiques o electromagnètiques, pero que deuen ser convertides a elèctriques en el transductor respectiu. Les electromagnètiques per eixemple, es capten en una antena que es conectarà en un dels conectors d'entrada de 50 ohms, generalment BNC,

En l'eix d'ordenades sol presentar-se en una escala logarítmica el nivell en dB del contingut espectral de la senyal. En l'eix d'abscisses es representa la freqüència, en una escala que és funció de la separació temporal i el número de mostres capturades. Es denomina freqüència central de l'analisador a la que correspon en la freqüència en el punt mig de la pantalla. A sovint es medix en ells l'espectre de la potència elèctrica.

En l'actualitat està sent reemplaçat pel analisador vectorial de senyals.

Archiu:Gestor-energético.jpg

Monitors d'energia

Són medidors, en temps real, de distints paràmetros elèctrics. Permeten tindre la llectura instantànea de magnituts com a intensitat de corrent per fase, tensions de fase i tensions de llínea, distints valors de potències elèctriques, factor de potència, freqüència, etc.

Són instruments per a medicions elèctriques integrals que ajuden a controlar el consum d'electricitat de cada aparat. Dissenyat per a que puguen conéixer-se fàcilment paràmetros elèctrics, facilitant la detecció de falles i optimisant el consum elèctric.

Archiu:Monitor de energia.png

Posseïxen interfaç a PC per a revelamientos de senyes per software específic. Alguns dels models poden adaptar-se a sistemes remots com SCADA.