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Polimetro analógico y polímetro digital.

Un multímetro, también denominado polímetro, tester o multitester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).

Fundamento teórico

Introducción

Como hemos dicho antes, es un aparto muy versátil, que se basa en la utilización de un instrumento de medida, un galvanómetro, muy sensible. Cumple la función de realizar la medida de todas las magnitudes eléctricas para las que está preparado dicho instrumento. Para poder medir cada una de las magnitudes eléctricas, el galvanómetro se debe completar con un determinado circuito eléctrico que dependerá también de dos características del galvanómetro: la resistencia interna (R_i) y la inversa de la sensibilidad. Esta última es la intensidad que, aplicada directamente a los bornes del galvanómetro, hace que la aguja llegue al fondo de escala.
La escala múltiple por la que se desliza una sola aguja permite leer los valores de las diferentes magnitudes en los distintos márgenes de medida. Un conmutador permite cambiar el polímetro para que actúe como medidor en todas sus versiones y márgenes de medida. La función del conmutador es seleccionar en cada caso el circuito interno de medida a asociar al instrumento de medida para realizar cada función concreta. Dos o más conexiones eléctricas permiten conectar el polímetro a los circuitos o componentes exteriores cuyos valores se pretenden medir. Las bornas de acceso al polímetro suelen tener colores para facilitar las conexiones exteriores. Cuando se mide en corriente continua, suele ser de color rojo la de mayor potencial ( o potencial + ) y de color negro la de menor potencial ( o potencial - ), ver figura. El polímetro está dotado de una pila interna para poder medir las magnitudes pasivas. También posee un ajuste de cero necesario para la medida de resistencias.

Amperímetro

Esquema 1: amperímetro.

Para que el polímetro trabaje como amperímetro es preciso conectar una resistencia ${\overline {R_{S}}}$ en paralelo con el instrumento de medida (vínculo). El valor de ${\overline {R_{S}}}$ depende del valor en amperios que se quiera alcanzar cuando la aguja alcance el fondo de escala. En el polímetro aparecerán tantas resistencias ${\overline {R_{S}}}$ conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. Por ejemplo, si se desean escalas de 10 miliamperios, 100 miliamperios y 1 amperio y de acuerdo con las características internas el instrumento de medida (vínculo), aparecerán tres resistencias ${\overline {R_{S}}}$ conmutables.
Si se desean medir corrientes elevadas con el polímetro como amperímetro, se suelen incorporar unas bornas de acceso independientes a estas corrientes estará construido con cable y componentes adecuadas para soportar la corriente correspondiente.
Para hallar ${\overline {R_{S}}}$ sabemos que se cumple:

$I=I_{i}+{\overline {I_{s}}}$

Donde I es la intensidad máxima que deseamos medir (fondo de escala), (${\overline {I_{i}}}$)es la intensidad que circula por el galvanómetro e ${\overline {I_{i}}}$ la corriente que pasa por la resistencia shunt (${\overline {R_{S}}}$).
A partir de la relación:

$I_{s}\,{\overline {R_{s}}}={\overline {I_{i}}}\,R_{i}$

Que se deduce de la Ley de Ohm llegamos al valor que debe tener la resistencia shunt (${\overline {R_{S}}}$):

${\overline {R_{s}}}={\frac {{\overline {I_{i}}}\,R_{i}}{I-{\overline {I_{i}}}}}$

De esta ecuación se obtiene el valor de ${\overline {R_{S}}}$ que hace que por el galvanómetro pasen ${\overline {I_{i}}}$ mA cuando en el circuito exterior circulan I mA.
Como no es posible tener una resistencia comercial que sea exactamente la calculada ${\overline {R_{S}}}$ elegiremos una resistencia comercial ${\overline {R_{S}}}$ algo menor.

Voltímetro

Circuito voltímetro.

Para que el polímetro trabaje como voltímetro es preciso conectar una resistencia ${\overline {R_{v}}}$ en serie con el instrumento de medida. El valor de ${\overline {R_{v}}}$ depende del valor en voltios que se quiera alcanzar cuando la aguja alcance el fondo de escala. En el polímetro aparecerán tantas resistencias ${\overline {R_{v}}}$ conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. Por ejemplo, en el caso de requerir 10 voltios, 20 voltios, 50 voltios y 200 voltios, existirán cuatro resistencias diferentes ${\overline {R_{v}}}$.
Para conocer la serie de resistencias que debemos conectar utilizamos la siguiente expresión:

${\overline {R_{v}}}={\frac {V}{{\overline {I_{i}}}-R_{i}}}$

Que se desprende directamente de esta:

$V={\overline {I_{i}}}\,(R_{i}+{\overline {R_{v}}})$

Lo que llamamos intensidad interna es la intensidad que inicialmente había que aplicar al polímetro para que la aguja llegase a fondo de escala.

Óhmetro

Esquema 1: óhmetro.

El óhmetro permite medir resistencias. Una pila interna hace circular una corriente a través de la resistencia a medir, el instrumento y una resistencia adicional de ajuste.
Cuando los terminales de medida se ponen en cortocircuito circula la máxima corriente por el galvanómetro. Con la resistencia de ajuste se retoca esa corriente hasta que coincida con el fondo de escala y en la división que indica la corriente máxima se pone el valor de 0 ohmios. Cuando en los terminales se conecta la resistencia que se desea medir, se provoca una caída de tensión y la aguja se desplaza hacia valores inferiores de corriente, esto es, hacia la izquierda. La escala de resistencias crecerá, pues, de derecha a izquierda.
Debido a la relación inversa entre resistencia y corriente (R=V/I), la escala del óhmetro no es lineal, lo cual provocará mayor error de medida conforme nos acerquemos a corrientes pequeñas (grandes valores de la resistencia R a medir).
Montaje
A continuación presentamos el circuito eléctrico que hará las veces de óhmetro:
Añadiremos una resistencia de protección $R_{p}^{'}$ y otra resistencia variable ${\overline {R_{p}}}$.
Como elemento activo se incluye una pila que hace circular la corriente, cuyas magnitudes serán la fuerza electromotriz ε y su resistencia interna ${\overline {r_{i}}}$.
Lo primero que hay que hacer es cortocircuitar la resistencia a medir R, y entonces se ajusta la resistencia variable ${\overline {R_{p}}}$ para que la aguja llegue al fondo de la escala.
La intensidad que circulará por el circuito en este caso será ${\overline {I_{i}}}$ y se puede representar:

$R={\frac {E}{I}}-{\frac {E}{I_{i}}}$

Si ahora conectamos R(quitamos el cortocircuito), la nueva intensidad nos quedará:

$E=I\,(R_{i}+r_{i}+R_{p}+R'_{p}+R)$

y se verifica que

$I<I_{i}\,$

Si combinamos las dos ecuaciones anteriores, obtenemos:

$E=I_{i}\,(R_{i}+r_{i}+R_{p}+R'_{p})$

Funciones comunes

Multímetro o polímetro analógico

Multímetro analógico.

1. Las tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente continua(D.C.), de izquierda a derecha, los valores máximos que podemos medir son:500μA, 10mA y 250mA (μA se lee microamperio y corresponde a $10^{-6}$A=0,000001A y mA se lee miliamperio y corresponde a $10^{-3}$ =0,001A).
2. Vemos 5 posiciones, para medir tensión en corriente continua (D.C.= Direct Current), correspondientes a 2.5V, 10V, 50V, 250V y 500V, en donde V=voltios.
3. Para medir resistencia (x10Ω y x1k Ω); Ω se lee ohmio. Esto no lo usaremos apenas, pues observando detalladamente en la escala milimetrada que está debajo del número 6 (con la que se mide la resistencia), verás que no es lineal, es decir, no hay la misma distancia entre el 2 y el 3 que entre el 4 y el 5; además, los valores decrecen hacia la derecha y la escala en lugar de empezar en 0, empieza en (un valor de resistencia igual a significa que el circuito está abierto). A veces usamos estas posiciones para ver si un cable está roto y no conduce la corriente.
4. Como en el apartado 2, pero en este caso para medir corriente alterna (A.C.:=Alternating Current).
5. Sirve para comprobar el estado de carga de pilas de 1.5V y 9V.
6. Escala para medir resistencia.
7. Escalas para el resto de mediciones. Desde abajo hacia arriba vemos una de 0 a 10, otra de 0 a 50 y una última de 0 a 250.

Multímetros con funciones avanzadas

Multímetro analógico.

Más raramente se encuentran también multímetros que pueden realizar funciones más avanzadas como:

• Generar y detectar la frecuencia intermedia de un aparato, así como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintonía de circuitos de estos aparatos. Permiten el seguimiento de la señal a través de todas las etapas del receptor bajo prueba.

Realizar la función de osciloscopio por encima del millón de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resolución.

• Sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multímetros, para hacer medidas de potencia puntual ( Potencia = Voltaje * Intensidad ).
• Utilización como aparato telefónico, para poder conectarse a una línea telefónica bajo prueba, mientras se efectúan medidas por la misma o por otra adyacente.
• Comprobación de circuitos de electrónica del automóvil. Grabación de ráfagas de alto o bajo voltaje.
• Un polímetro analógico genérico o estándar suele tener los siguientes componentes:
  • Conmutador alterna-continua (AC/DC): permite seleccionar una u otra opción dependiendo de la tensión (continua o alterna).
  • Interruptor rotativo: permite seleccionar funciones y escalas. Girando este componente se consigue seleccionar la magnitud (tensión, intensidad, etc.) y el valor de escala.
  • Ranuras de inserción de condensadores: es donde se debe insertar el condensador cuya capacidad se va a medir.
  • Orificio para la Hfe de los transistores: permite insertar el transistor cuya ganancia se va a medir.
  • Entradas: en ellas se conectan las puntas de medida.

Habitualmente, los polímetros analógicos poseen cuatro bornes (aunque también existen de dos), uno que es el común, otro para medir tensiones y resistencias, otro para medir intensidades y otro para medir intensidades no mayores de 20 amperios.

Es una palabra compuesta (multi=muchas Metro=medidas Muchas medidas)

Como medir con el multímetro digital

Midiendo tensiones

Para medir una tensión, colocaremos las bornas en las clavijas , y no tendremos mas que colocar ambas puntas entre los puntos de lectura que queramos medir. Si lo que queremos es medir voltaje absoluto, colocaremos la borna negra en cualquier masa (un cable negro de molex o el chasis del ordenador) y la otra borna en el punto a medir. Si lo que queremos es medir diferencias de voltaje entre dos puntos, no tendremos mas que colocar una borna en cada lugar.

Midiendo resistencias

El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir tensiones. Basta con colocar la ruleta en la posición de ohmios y en la escala apropiada al tamaño de la resistencia que vamos a medir. Si no sabemos cuantos ohmios tiene la resistencia a medir, empezaremos con colocar la ruleta en la escala más grande, e iremos reduciendo la escala hasta que encontremos la que más precisión nos da sin salirnos de rango.

Midiendo intensidades

El proceso para medir intensidades es algo más complicado, puesto que en lugar de medirse en paralelo, se mide en serie con el circuito en cuestión. Por esto, para medir intensidades tendremos que abrir el circuito, es decir, desconectar algún cable para intercalar el tester en medio, con el propósito de que la intensidad circule por dentro del tester. Precisamente por esto, hemos comentado antes que un tester con las bornas puestas para medir intensidades tiene resistencia interna casi nula, para no provocar cambios en el circuito que queramos medir.

Para medir una intensidad, abriremos el circuito en cualquiera de sus puntos, y configuraremos el tester adecuadamente (borna roja en clavija de amperios de más capacidad, 10A en el caso del tester del ejemplo, borna negra en clavija común COM).

Una vez tengamos el circuito abierto y el tester bien configurado, procederemos a cerrar el circuito usando para ello el tester, es decir, colocaremos cada borna del tester en cada uno de los dos extremos del circuito abierto que tenemos. Con ello se cerrará el circuito y la intensidad circulará por el interior del multímetro para ser leída.

Enlaces externos

• Cómo funciona un multímetro con función osciloscopio
• Dicas y demostraciones de multímetros digitales