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. La combinación
de los campos magnéticos tiene que vencer
la fuerza de un resorte. El resorte es el encargado
de reposicionar a la aguja a su punto de inicio
o también llamado de referencia. El resorte
actúa cuando ninguna corriente circula por
la bobina del galvanómetro, sucediendo esto
último cuando el voltaje que se mide es igual
a 0V.
En la actualidad se pueden conseguir
galvanómetros no tan caros, e inclusive nuevos,
de los cuales no importa la graduación que
tenga su o sus escalas de medición, y tampoco
importa el hecho de que sólo posea una escala
fija.
En la figura 3 se observa que una
vez que se destapa la carátula, existe un
resistor limitador de corriente (en la mayoría
de las carátulas de una sola escala), el
cual se tiene que quitar para que se puedan diseñar
las escalas de los rangos de nuestro voltímetro.
En la figura 4 se observa al galvanómetro
ya sin la carátula, el cual una vez que le
fue retirado el resistor limitador, se le tienen
que soldar un par de cables para conectar los extremos
de la bobina del galvanómetro con el circuito
que diseñaremos, procurando identificar en
todo momento cuál Terminal se conectará
al potencial positivo y cuál al negativo,
y por último se vuelve a colocar al galvanómetro
dentro de su cobertura de plástico para que
se proteja y podamos diseñar el circuito
del voltímetro multi-rango.
Lo primero que se debe conocer
son los parámetros eléctricos del
galvanómetro, es decir tanto el valor de
la corriente máxima que soporta (Im), como
el de la resistencia de la bobina (rm).
Existen 2 maneras de conocer estos
parámetros: la primera de ellas es utilizar
un óhmetro y de forma inmediata conocer el
valor resistivo de la bobina del galvanómetro
y por ley de ohm calcular el valor de la corriente
máxima que soporta, en función a un
voltaje que se le aplique a las terminales de la
bobina. Pero este método pone en riesgo la
integridad del galvanómetro, por lo que no
se sugiere a menos que se le aplique un voltaje
pequeño.
La segunda forma es mediante un
circuito de prueba, el cual se ilustra en la figura
5.
En este circuito de prueba, entre
las terminales CN1 y CN2, se coloca tanto una fuente
de voltaje fija a 10 VCD, como un resistor variable
RL con un rango de 0W a 50KW (cuya misión
es limitar la corriente que circulara por el galvanómetro),
se debe colocar primeramente el valor máximo
de RL, esto es 50KW para proteger la bobina del
galvanómetro. La resistencia de la bobina
del galvanómetro está representada
en el diagrama de la figura 4 mediante el resistor
rm, cuyo valor desconocemos y posteriormente procederemos
a calcular. Tenemos que conectar de forma paralela
a rm un resistor variable RD que trabaje en un rango
de 0W a 2KW, y una vez armado el circuito de la
figura 4 se procede a realizar lo siguiente.
RD lo quitamos provisionalmente
para que se represente con un valor resistivo infinito
en el circuito de prueba, lo que provocará
que a través de la bobina del galvanómetro
no circule corriente, ahora se tiene que manipular
RL de tal manera que se vaya bajando su valor de
resistencia, hasta que se obtenga el desplazamiento
máximo de la aguja del galvanómetro.
Una vez que se ha conseguido este movimiento con
un óhmetro, se mide el valor de resistencia
de RL.
Después RL se queda con
el último valor medido y ya no se moverá,
por lo que ahora se vuelve a conectar RD, el cual
previamente se tuvo que fijar con su valor máximo
de resistencia 2KW, y a partir de este valor tiene
que ir disminuyendo su valor de resistivo. Lo que
se observará en la aguja del galvanómetro
es que ésta comenzará a moverse hacia
su punto de reposo, debido a que el valor de resistencia
de RD va adquiriendo valores menores. En el instante
que la aguja llega a la mitad de su escala, quiere
decir que tanto la corriente a través de
RD, como en la bobina del galvanómetro, son
del mismo valor y por relación de resistores
en paralelo; eso significa que en esa posición
el valor de resistencia de RD es de la misma magnitud
que rm (resistencia de la bobina del galvanómetro).
Posteriormente con un óhmetro se mide el
valor de resistencia de RD que es igual a rm.
Por último, volvemos a recurrir
al circuito de la figura 4 desconectando nuevamente
RD, y como ya se cuenta con los valores de rm (ya
que rm = RD), RL y el voltaje de la fuente que es
de 10VCD, se procede ahora a calcular el valor de
la máxima corriente Im que soporta la bobina
del galvanómetro, de acuerdo a la siguiente
ecuación Im = VoltajeRL + rm .
Ya contamos con los valores eléctricos
del galvanómetro tales como rm e Im, por
lo que como paso siguiente, vamos a enfocarnos en
el diseño del voltímetro multi-rango,
por lo que partiremos del circuito de la figura
6.
En el circuito del voltímetro
multirango se observa una serie de resistores, cuya
denominación va desde RM1 hasta RM4, éstos
son resistores multiplicadores que se emplean para
crear las escalas con las cuales trabajará
nuestro voltímetro, por lo tanto existirán
tantos resistores multiplicadores como escalas de
voltaje se requieran.
Existe una llave selectora denominada
SW1, por medio de la cual se elige la escala con
la que se medirá el voltaje, y de acuerdo
al circuito de la figura 6 la selección de
la escala también implica el número
de resistores limitadores que actuarán en
el voltímetro, por ejemplo para la escala
1 (Vesc1) sólo interviene RM1 y rm obviamente,
para la escala 2 (Vesc2) intervienen RM1, RM2 y
rm, y así sucesivamente.
El cálculo de los resistores
RMx surge del conocimiento de los valores de rm
e Im, y del manejo de las de leyes de Kirchoff y
la infaltable LEY DE OHM, de acuerdo a lo siguiente.
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