Galvanómetros
Los galvanómetros son los instrumentos principales en la
detección y medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una
corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del galvanómetro está diseñado de
forma que un imán permanente o un electroimán produce un campo magnético, lo que
genera una fuerza cuando hay un flujo de corriente en una bobina cercana al
imán. El elemento móvil puede ser el imán o la bobina. La fuerza inclina el
elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente. Este
elemento móvil puede contar con un puntero o algún otro dispositivo que permita
leer en un dial el grado de inclinación.
El galvanómetro de inclinación de D'Arsonval utiliza un pequeño
espejo unido a una bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial
situado a una distancia aproximada de un metro. Este sistema tiene menos inercia
y fricción que el puntero, lo que permite mayor precisión. Este instrumento debe
su nombre al biólogo y físico francés Jacques D'Arsonval, que también hizo
algunos experimentos con el equivalente mecánico del calor y con la corriente
oscilante de alta frecuencia y alto amperaje (corriente D'Arsonval).
Cuando se añade al galvanómetro una escala graduada y una
calibración adecuada, se obtiene un amperímetro, instrumento que lee la
corriente eléctrica en amperios. D'Arsonval es el responsable de la invención
del amperímetro de corriente continua.
Sólo puede pasar una cantidad pequeña de corriente por el fino hilo de la bobina
de un galvanómetro. Si hay que medir corrientes mayores, se acopla una
derivación de baja resistencia a los terminales del medidor. La mayoría de la
corriente pasa por la resistencia de la derivación, pero la pequeña cantidad que
fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la corriente total. Al utilizar
esta proporcionalidad el galvanómetro se emplea para medir corrientes de varios
cientos de amperios.
Los galvanómetros tienen denominaciones distintas según la magnitud de la
corriente que pueden medir.
Microamperímetros
Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y
un miliamperímetro en milésimas de amperio.
Los galvanómetros convencionales no pueden utilizarse para medir corrientes
alternas, porque las oscilaciones de la corriente producirían una inclinación en
las dos direcciones.
Electrodinamómetros
Sin embargo, una variante del galvanómetro, llamado
electrodinamómetro, puede utilizarse para medir corrientes alternas mediante una
inclinación electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija situada en
serie con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del
galvanómetro. Dado que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierte en
el mismo momento, la inclinación de la bobina móvil tiene lugar siempre en el
mismo sentido, produciéndose una medición constante de la corriente. Los
medidores de este tipo sirven también para medir corrientes continuas.
Medidores de aleta de hierro
Otro tipo de medidor electromagnético es el medidor de aleta de
hierro o de hierro dulce. Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce,
una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una bobina cilíndrica y
larga por la que pasa la corriente que se quiere medir. La corriente induce una
fuerza magnética en las dos aletas, provocando la misma inclinación, con
independencia de la dirección de la corriente. La cantidad de corriente se
determina midiendo el grado de inclinación de la aleta móvil.
Medidores de termopar
Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan
medidores que dependen del efecto calorífico de la corriente. En los medidores
de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unión de
termopar. La electricidad generada por el termopar se mide con un galvanómetro
convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por un
hilo fino que se calienta y se estira. El hilo está unido mecánicamente a un
puntero móvil que se desplaza por una escala calibrada con valores de corriente.
Medición de tensión
El instrumento más utilizado para medir la diferencia de
potencial (la tensión) es un galvanómetro que cuenta con una gran resistencia
unida a la bobina. Cuando se conecta un medidor de este tipo a una batería o a
dos puntos de un circuito eléctrico con diferentes potenciales pasa una cantidad
reducida de corriente (limitada por la resistencia en serie) a través del
medidor. La corriente es proporcional a la tensión, que puede medirse si el
galvanómetro se calibra para ello. Cuando se usa el tipo adecuado de
resistencias en serie un galvanómetro sirve para medir niveles muy distintos de
tensión. El instrumento más preciso para medir la tensión, la resistencia o la
corriente continua es el potenciómetro, que indica una fuerza electromotriz no
valorada al compararla con un valor conocido.
Para medir tensiones de corriente alterna se utilizan medidores
de alterna con alta resistencia interior, o medidores similares con una fuerte
resistencia en serie.
Los demás métodos de medición del voltaje utilizan tubos de
vacío y circuitos electrónicos y resultan muy útiles para hacer mediciones a
altas frecuencias. Un dispositivo de este tipo es el voltímetro de tubo de
vacío. En la forma más simple de este tipo de voltímetro se rectifica una
corriente alterna en un tubo de diodo y se mide la corriente rectificada con un
galvanómetro convencional. Otros voltímetros de este tipo utilizan las
características amplificadoras de los tubos de vacío para medir tensiones muy
bajas. El osciloscopio de rayos catódicos se usa también para hacer mediciones
de tensión, ya que la inclinación del haz de electrones es proporcional a la
tensión aplicado a las placas o electrodos del tubo.
El vatímetro: la conjunción del amperímetro y el voltímetro
La potencia consumida por cualquiera de las partes de un
circuito se mide con un vatímetro, un instrumento parecido al electrodinamómetro.
El vatímetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que toda la corriente del
circuito la atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una
resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la
fuente. La inclinación resultante de la bobina móvil depende tanto de la
corriente como del voltaje y puede calibrarse directamente en vatios, ya que la
potencia es el producto del voltaje y la corriente. |
