Un amperímetro (abreviatura de amperímetro ) es un instrumento que se utiliza para medir la corriente en un circuito . Las corrientes eléctricas se miden en amperios (A), de ahí el nombre. Para la medición directa, el amperímetro se conecta en serie con el circuito en el que se va a medir la corriente. Un amperímetro suele tener una resistencia baja para que no provoque una caída de tensión significativa en el circuito que se está midiendo.
Los instrumentos que se utilizan para medir corrientes más pequeñas, en el rango de los miliamperios o microamperios, se denominan miliamperímetros o microamperímetros . Los primeros amperímetros eran instrumentos de laboratorio que dependían del campo magnético de la Tierra para su funcionamiento. A fines del siglo XIX, se diseñaron instrumentos mejorados que podían montarse en cualquier posición y permitían realizar mediciones precisas en sistemas de energía eléctrica . Generalmente se representa con la letra "A" en un circuito.
La relación entre la corriente eléctrica, los campos magnéticos y las fuerzas físicas fue descubierta por primera vez por Hans Christian Ørsted en 1820, quien observó que la aguja de una brújula se desviaba de su posición norte cuando una corriente fluía por un cable adyacente. El galvanómetro tangente se utilizó para medir corrientes utilizando este efecto, donde la fuerza restauradora que devolvía la aguja a la posición cero era proporcionada por el campo magnético de la Tierra. Esto hizo que estos instrumentos solo se pudieran utilizar cuando estaban alineados con el campo de la Tierra. La sensibilidad del instrumento se aumentó utilizando vueltas adicionales de cable para multiplicar el efecto; los instrumentos se denominaron "multiplicadores". [1]
La palabra reóstato, que se utilizaba como detector de corrientes eléctricas, fue acuñada por Sir Charles Wheatstone alrededor de 1840, pero ya no se utiliza para describir instrumentos eléctricos. La palabra reóstato es similar a la de reóstato (también acuñada por Wheatstone), que era un dispositivo utilizado para ajustar la corriente en un circuito. Reóstato es un término histórico para una resistencia variable, aunque a diferencia del reoscopio, todavía se puede encontrar. [2] [3]
Algunos instrumentos son medidores de panel , diseñados para ser montados en algún tipo de panel de control . De estos, el tipo plano, horizontal o vertical se suele denominar medidor de canto .
El galvanómetro D'Arsonval es un amperímetro de bobina móvil. Utiliza la deflexión magnética , donde la corriente que pasa a través de una bobina colocada en el campo magnético de un imán permanente hace que la bobina se mueva. La forma moderna de este instrumento fue desarrollada por Edward Weston y utiliza dos resortes espirales para proporcionar la fuerza de restauración. El espacio de aire uniforme entre el núcleo de hierro y los polos del imán permanente hace que la deflexión del medidor sea linealmente proporcional a la corriente. Estos medidores tienen escalas lineales. Los movimientos básicos del medidor pueden tener una deflexión de escala completa para corrientes de aproximadamente 25 microamperios a 10 miliamperios . [4]
Como el campo magnético está polarizado, la aguja del medidor actúa en direcciones opuestas para cada dirección de la corriente. Por lo tanto, un amperímetro de CC es sensible a la polaridad en la que está conectado; la mayoría están marcados con un terminal positivo, pero algunos tienen mecanismos de centro cero [a] y pueden mostrar corrientes en cualquier dirección. Un medidor de bobina móvil indica el promedio (media) de una corriente variable a través de él, [b] que es cero para CA. Por este motivo, los medidores de bobina móvil solo se pueden usar directamente para CC, no para CA.
Este tipo de movimiento del medidor es extremadamente común tanto para los amperímetros como para otros medidores derivados de ellos, como los voltímetros y los ohmímetros .
Los amperímetros de imán móvil funcionan básicamente según el mismo principio que los de bobina móvil, excepto que la bobina está montada en la caja del medidor y un imán permanente mueve la aguja. Los amperímetros de imán móvil pueden transportar corrientes más grandes que los instrumentos de bobina móvil, a menudo varias decenas de amperios, porque la bobina puede estar hecha de un alambre más grueso y la corriente no tiene que ser transportada por los espirales. De hecho, algunos amperímetros de este tipo no tienen espirales en absoluto, sino que utilizan un imán permanente fijo para proporcionar la fuerza de restauración.
Un amperímetro electrodinámico utiliza un electroimán en lugar del imán permanente del mecanismo de d'Arsonval. Este instrumento puede responder tanto a corriente alterna como a corriente continua [4] y también indica el valor eficaz verdadero de la corriente alterna. Consulte el vatímetro para conocer un uso alternativo de este instrumento.
Los amperímetros de hierro móvil utilizan una pieza de hierro que se mueve cuando actúa sobre ella la fuerza electromagnética de una bobina fija de alambre. El medidor de hierro móvil fue inventado por el ingeniero austríaco Friedrich Drexler en 1884. [5] Este tipo de medidor responde tanto a corrientes continuas como alternas (a diferencia del amperímetro de bobina móvil, que funciona solo con corriente continua ). El elemento de hierro consta de una paleta móvil unida a un puntero y una paleta fija, rodeada por una bobina. A medida que la corriente alterna o continua fluye a través de la bobina e induce un campo magnético en ambas paletas, las paletas se repelen entre sí y la paleta móvil se desvía contra la fuerza de restauración proporcionada por finos resortes helicoidales. [4] La desviación de un medidor de hierro móvil es proporcional al cuadrado de la corriente. En consecuencia, estos medidores normalmente tendrían una escala no lineal, pero las piezas de hierro generalmente se modifican en forma para hacer que la escala sea bastante lineal en la mayor parte de su rango. Los instrumentos de hierro móvil indican el valor RMS de cualquier forma de onda de CA aplicada. Los amperímetros de hierro móvil se utilizan comúnmente para medir la corriente en circuitos de CA de frecuencia industrial.
En un amperímetro de hilo caliente, una corriente pasa a través de un cable que se expande a medida que se calienta. Aunque estos instrumentos tienen un tiempo de respuesta lento y una precisión baja, a veces se los utilizaba para medir la corriente de radiofrecuencia. [4] Estos también miden el valor eficaz verdadero de una corriente alterna aplicada.
De la misma manera que el amperímetro analógico formó la base para una amplia variedad de medidores derivados, incluidos los voltímetros, el mecanismo básico de un medidor digital es un mecanismo de voltímetro digital, y otros tipos de medidores se construyen en torno a este.
Los diseños de amperímetros digitales utilizan una resistencia de derivación para producir un voltaje calibrado proporcional a la corriente que fluye. Luego, este voltaje se mide con un voltímetro digital mediante el uso de un convertidor analógico a digital (ADC); la pantalla digital se calibra para mostrar la corriente a través de la derivación. Estos instrumentos suelen calibrarse para indicar el valor RMS de una onda sinusoidal únicamente, pero muchos diseños indicarán el valor RMS real dentro de las limitaciones del factor de cresta de la onda .
También existe una gama de dispositivos denominados amperímetros integradores. [6] [7] En estos amperímetros se suma la corriente a lo largo del tiempo, dando como resultado el producto de la corriente por el tiempo; que es proporcional a la carga eléctrica transferida con esa corriente. Estos se pueden utilizar para medir energía (la carga debe multiplicarse por el voltaje para obtener energía) o para estimar la carga de una batería o un condensador .
Un picoamperímetro mide corrientes eléctricas muy bajas, generalmente desde el rango de picoamperios en el extremo inferior hasta el rango de miliamperios en el extremo superior. Los picoamperímetros se utilizan cuando la corriente que se mide está por debajo de los límites de sensibilidad de otros dispositivos, como los multímetros .
La mayoría de los picoamperímetros utilizan una técnica de "cortocircuito virtual" y tienen varios rangos de medición diferentes entre los que se debe cambiar para cubrir varias décadas de medición . Otros picoamperímetros modernos utilizan compresión de registros y un método de "sumidero de corriente" que elimina el cambio de rango y los picos de voltaje asociados . [8] Se deben observar consideraciones especiales de diseño y uso para reducir la corriente de fuga que puede inundar las mediciones, como aisladores especiales y blindajes accionados . A menudo se utiliza un cable triaxial para las conexiones de la sonda.
Los amperímetros deben estar conectados en serie con el circuito que se va a medir. Para corrientes relativamente pequeñas (hasta unos pocos amperios), un amperímetro puede dejar pasar toda la corriente del circuito. Para corrientes continuas mayores, una resistencia de derivación lleva la mayor parte de la corriente del circuito y una pequeña fracción de la corriente, conocida con precisión, pasa a través del mecanismo del medidor. Para circuitos de corriente alterna, se puede utilizar un transformador de corriente para proporcionar una corriente pequeña y conveniente para accionar un instrumento, como 1 o 5 amperios, mientras que la corriente primaria que se va a medir es mucho mayor (hasta miles de amperios). El uso de una derivación o un transformador de corriente también permite una ubicación conveniente del medidor indicador sin la necesidad de tender conductores de circuito pesados hasta el punto de observación. En el caso de la corriente alterna, el uso de un transformador de corriente también aísla el medidor del alto voltaje del circuito primario. Una derivación no proporciona tal aislamiento para un amperímetro de corriente continua, pero donde se utilizan altos voltajes puede ser posible colocar el amperímetro en el lado de "retorno" del circuito, que puede tener un potencial bajo con respecto a tierra.
Los amperímetros no deben conectarse directamente a una fuente de voltaje, ya que su resistencia interna es muy baja y podría circular una corriente excesiva. Los amperímetros están diseñados para una caída de voltaje baja en sus terminales, mucho menor que un voltio; las pérdidas de circuito adicionales producidas por el amperímetro se denominan "carga" en el circuito medido (I).
Los mecanismos de los medidores de tipo Weston comunes pueden medir solo miliamperios como máximo, porque los resortes y las bobinas prácticas solo pueden transportar corrientes limitadas. Para medir corrientes más grandes, se coloca una resistencia llamada derivación en paralelo con el medidor. Las resistencias de las derivaciones están en el rango de miliohmios enteros a fracciones. Casi toda la corriente fluye a través de la derivación y solo una pequeña fracción fluye a través del medidor. Esto permite que el medidor mida corrientes grandes. Tradicionalmente, el medidor utilizado con una derivación tiene una desviación de escala completa (FSD) de 50 mV , por lo que las derivaciones generalmente están diseñadas para producir una caída de voltaje de 50 mV cuando transportan su corriente nominal completa.
Para fabricar un amperímetro de varios rangos, se puede utilizar un interruptor selector para conectar uno de varios shunts a lo largo del medidor. Debe ser un interruptor de cierre antes de apertura para evitar picos de corriente perjudiciales a través del movimiento del medidor al cambiar de rango.
Una disposición mejor es la de derivación de Ayrton o derivación universal, inventada por William E. Ayrton , que no requiere un interruptor de cierre previo. También evita cualquier inexactitud debido a la resistencia de contacto. En la figura, suponiendo por ejemplo un movimiento con una tensión de escala completa de 50 mV y rangos de corriente deseados de 10 mA, 100 mA y 1 A, los valores de resistencia serían: R1 = 4,5 ohmios, R2 = 0,45 ohmios, R3 = 0,05 ohmios. Y si la resistencia del movimiento es de 1000 ohmios, por ejemplo, R1 debe ajustarse a 4,525 ohmios.
Las derivaciones conmutadas rara vez se utilizan para corrientes superiores a 10 amperios.
Los amperímetros de centro cero se utilizan para aplicaciones que requieren que la corriente se mida con ambas polaridades, algo común en equipos científicos e industriales. Los amperímetros de centro cero también se colocan comúnmente en serie con una batería . En esta aplicación, la carga de la batería desvía la aguja hacia un lado de la escala (comúnmente, el lado derecho) y la descarga de la batería desvía la aguja hacia el otro lado. Un tipo especial de amperímetro de centro cero para probar corrientes altas en automóviles y camiones tiene un imán de barra pivotante que mueve el puntero y un imán de barra fijo para mantener el puntero centrado sin corriente. El campo magnético alrededor del cable que transporta la corriente que se va a medir desvía el imán en movimiento.
Dado que la derivación del amperímetro tiene una resistencia muy baja, conectar por error el amperímetro en paralelo con una fuente de voltaje provocará un cortocircuito , en el mejor de los casos quemando un fusible, posiblemente dañando el instrumento y el cableado y exponiendo al observador a lesiones.
En los circuitos de corriente alterna, se puede utilizar un transformador de corriente para convertir la corriente elevada del circuito principal en una corriente más pequeña, más adecuada para un medidor. Algunos diseños de transformadores pueden convertir directamente el campo magnético alrededor de un conductor en una corriente alterna pequeña, normalmente de 1 A o 5 A a la corriente nominal máxima, que se puede leer fácilmente con un medidor. De manera similar, se han construido amperímetros de corriente alterna/corriente continua sin contacto precisos utilizando sensores de campo magnético de efecto Hall . Un amperímetro portátil de pinza es una herramienta común para el mantenimiento de equipos eléctricos industriales y comerciales, que se sujeta temporalmente sobre un cable para medir la corriente. Algunos tipos recientes tienen un par paralelo de sondas magnéticamente blandas que se colocan a cada lado del conductor.
