Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.
Los voltímetros, en esencia, están constituidos de un galvanómetro sensible que se conecta en serie a una resistencia extra de mayor valor. A fin de que durante el proceso de medición no se modifique la diferencia de potencial, lo mejor es intentar que el voltímetro utilice la menor cantidad de electricidad posible. Lo anterior es posible de regular con un voltímetro electrónico, el que cuenta con un circuito electrónico con un adaptador de impedancia.
Se usa tanto por los especialistas y reparadores de artefactos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general, dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.
Tipos de voltímetros
La utilidad de un voltímetro analógico es muy amplia, aunque en la actualidad predominan los instrumentos de medición digitales y a este respecto, en una entrega siguiente veremos las ventajas y desventajas de los instrumentos digitales sobre los analógicos.
Para diseñar un voltímetro analógico lo primero que debe conseguirse es un galvanómetro, ya que éste es el medio por el que se representarán los valores de voltaje que se están midiendo.
El galvanómetro, es un dispositivo formado a partir de un inductor, el cual genera un campo magnético cuando una cierta magnitud de corriente circula a través de él. El inductor o bobina se encuentra instalado dentro de un imán fijo y al combinarse los campos magnéticos de ambos, es cuando se produce el movimiento de una carcasa metálica, que a su vez lleva sobre sí la aguja indicadora que de acuerdo a su movimiento, es el valor de voltaje al que estará apuntando.
Voltímetro digital
Dan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autorrango y otras funcionalidades.
El sistema de medida emplea técnicas de conversión analógico-digital (que suele ser empleando un integrador de doble rampa) para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica LCD.
El primer voltímetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "Non-Linear Systems" (y posteriormente fundador de Kaypro) en 1954.
Utilización
Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora.
En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento.
En la Figura 1 se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia de potencial.
En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total.
A continuación se ofrece la fórmula de cálculo de la resistencia serie necesaria para lograr esta ampliación o multiplicación de escala:
, donde
N es el factor de multiplicación (N≠1) Ra es la Resistencia de ampliación del voltímetro
Rv es la Resistencia interna del voltímetro
MANEJO DE VOLTIMETROS:
Un voltímetro analógico y un voltímetro digital. Aunque el funcionamiento interno de ambos puede ser diferente, desde el punto de vista de las medidas ambos se caracterizan de igual forma, teniendo el mismo circuito equivalente.
Genéricamente podemos adelantar que todos los voltímetros tienen un borne positivo (+) y un borne negativo (-); el voltímetro mide siempre la diferencia de potencial entre el borne positivo y el borne negativo (V±V-). El voltímetro analógico debe conectarse en posición vertical u horizontal según las indicaciones del fabricante (⊥ posición vertical, posición horizontal). En particular, el voltímetro analógico de esta práctica se puede utilizar en posición horizontal o ligeramente inclinada. Este voltímetro puede medir diferencias de potencial en corriente continua o alterna.
Se utilizara únicamente para medidas en continua, de manera que SÓLO SE SELECCIONARAN POSICIONES DEL CONMUTADOR EN LOS RANGOS MARCADOS EN BLANCO (con el símbolo). En este caso, el voltímetro tiene dos bornes: uno positivo (+) y otro negativo (COM). El aparato tiene diferentes escalas graduadas superpuestas, pero dichas escalas graduadas tienen unidades arbitrarias: el fondo de escala nos indica que el voltímetro mide entre 0 voltios y el valor del fondo de escala. El fondo de escala está determinado por la posición del conmutador. Para realizar una medida deberemos fijar, inicialmente, el mayor fondo de escala del aparato; seguidamente, después de realizar la lectura, iremos disminuyendo el fondo de escala, GIRANDO MUY SUAVEMENTE el conmutador hasta que hagamos una medida en la que no nos salgamos del fondo de escala.
Los voltímetros se dañan cuando la aguja intenta “salirse” del dial, por lo que nunca deberemos consentir que la medida sea mayor que el fondo de escala en el que trabajamos, y, si sucede por un descuido, deberemos desconectar rápidamente el voltímetro.
El voltímetro digital que se empleará en esta práctica es parte de un polímetro que puede medir diversas magnitudes. Dicho polímetro se puede conectar indistintamente en posición vertical u horizontal. Por lo común, todos los polímetros que se construyen miden las siguientes magnitudes:
- Intensidad de corriente continua - Intensidad de corriente alterna - Diferencia de potencial de corriente continua - Diferencia de potencial de corriente alterna - Resistencias.
