Aunque los diseños mecánicos [ohmímetro (medidor de resistencia) rara vez se utilizan hoy en día, ya que han sido reemplazados en gran medida por instrumentos digitales, su funcionamiento es intrigante y digno de estudio.
Propósito del ohmímetro
El propósito de un ohmímetro, por supuesto, es medir la resistencia colocada entre sus cables. Esta lectura de resistencia se indica a través de un movimiento mecánico del medidor que funciona con corriente eléctrica. El ohmímetro debe tener una fuente interna de voltaje para crear la corriente necesaria para operar el movimiento, y también tener resistencias de rango apropiadas para permitir la cantidad justa de corriente a través del movimiento en cualquier resistencia dada.
¿Cómo funciona un ohmímetro?
Comenzando con un movimiento simple y batería circuito, veamos cómo funcionaría como un ohmímetro:
Cuando hay resistencia infinita (sin continuidad entre los cables de prueba), hay corriente cero a través del movimiento del medidor, y la aguja apunta hacia el extremo izquierdo de la escala. A este respecto, la indicación del ohmímetro está “hacia atrás” porque la indicación máxima (infinito) está a la izquierda de la escala, mientras que los medidores de voltaje y corriente tienen cero a la izquierda de sus escalas.
Si los cables de prueba de este ohmímetro están directamente en cortocircuito (midiendo cero Ω), el movimiento del medidor tendrá una cantidad máxima de corriente a través de él, limitado solo por el voltaje de la batería y la resistencia interna del movimiento:
Con 9 voltios de potencial de batería y solo 500 Ω de resistencia al movimiento, la corriente de nuestro circuito será de 18 mA, que está mucho más allá de la clasificación de escala completa del movimiento. Tal exceso de corriente probablemente dañará el medidor.
No solo eso, sino que tener esa condición limita la utilidad del dispositivo. Si la izquierda completa de la escala en la cara del medidor representa una cantidad infinita de resistencia, entonces la derecha completa de la escala debería representar cero. Actualmente, nuestro diseño “fija” el movimiento del medidor con fuerza hacia la derecha cuando se une resistencia cero entre los cables. Necesitamos una forma de hacerlo para que el movimiento solo se registre a gran escala cuando los cables de prueba se acortan juntos. Esto se logra al agregar una resistencia en serie al circuito del medidor:
Para determinar el valor adecuado para R, calculamos la resistencia total del circuito necesaria para limitar la corriente a 1 mA (desviación de escala completa en el movimiento) con 9 voltios de potencial de la batería, luego restamos la resistencia interna del movimiento de ese figura:
Ahora que se calculó el valor correcto para R, todavía nos queda un problema de alcance del medidor. En el lado izquierdo de la escala tenemos “infinito” y en el lado derecho tenemos cero. Además de estar “al revés” desde las escalas de voltímetros y amperímetros, esta escala es extraña porque va de la nada a todo, en lugar de nada a un valor finito (como 10 voltios, 1 amperio, etc.). Uno podría detenerse para preguntarse, “¿qué representa el medio de escala? ¿Qué figura se encuentra exactamente entre cero e infinito? Infinito es más que una cantidad muy grande : es una cantidad incalculable, más grande que cualquier número definido. Si la indicación de media escala en cualquier otro tipo de medidor representa la mitad del valor del rango de escala completa, ¿cuál es la mitad del infinito en una escala de ohmímetro?
Escala logarítmica del ohmímetro
La respuesta a esta paradoja es una escala no lineal . En pocas palabras, la escala de un ohmímetro no progresa suavemente de cero a infinito a medida que la aguja barre de derecha a izquierda. Más bien, la escala comienza “expandida” en el lado derecho, con los valores de resistencia sucesivos cada vez más cerca uno del otro hacia el lado izquierdo de la escala:
No se puede abordar el infinito de manera lineal (par), ¡porque la escala nunca llegaría allí! Con una escala no lineal, la cantidad de resistencia abarcada por cualquier distancia dada en la escala aumenta a medida que la escala avanza hacia el infinito, haciendo del infinito un objetivo alcanzable.
Sin embargo, todavía tenemos una cuestión de alcance para nuestro ohmímetro. ¿Qué valor de resistencia entre los cables de prueba causará exactamente una desviación de 1/2 escala de la aguja? Si sabemos que el movimiento tiene una clasificación de escala completa de 1 mA, entonces 0.5 mA (500 µA) debe ser el valor necesario para la desviación de media escala. Siguiendo nuestro diseño con la batería de 9 voltios como fuente obtenemos:
Con una resistencia de movimiento interno de 500 Ω y una resistencia de rango en serie de 8.5 kΩ, esto deja 9 kΩ para una resistencia de prueba externa (cable a cable) a escala 1/2. En otras palabras, la resistencia de prueba que da una desviación de 1/2 escala en un ohmímetro es igual en valor a la resistencia total en serie (interna) del circuito del medidor.
Utilizando la Ley de Ohm varias veces más, también podemos determinar el valor de resistencia de prueba para la desviación de escala 1/4 y 3/4:
Desviación de escala 1/4 (0.25 mA de corriente de medidor):
Desviación de escala 3/4 (0,75 mA de corriente de medidor):
Entonces, la escala de este ohmímetro se parece a esto:
Un problema importante con este diseño es su dependencia de un voltaje de batería estable para una lectura de resistencia precisa. Si el voltaje de la batería disminuye (como lo hacen todas las baterías químicas con la edad y el uso), la escala del ohmímetro perderá precisión. Con la resistencia de rango en serie a un valor constante de 8.5 kΩ y la tensión de la batería disminuyendo, el medidor ya no se desviará a escala completa a la derecha cuando los cables de prueba están en cortocircuito (0 Ω). Del mismo modo, una resistencia de prueba de 9 kΩ no podrá desviar la aguja a una escala de 1/2 con un voltaje de batería menor.
Existen técnicas de diseño que se utilizan para compensar el voltaje variable de la batería, pero no resuelven completamente el problema y deben considerarse aproximaciones en el mejor de los casos. Por esta razón, y por el hecho de la escala no lineal, este tipo de ohmímetro nunca se considera un instrumento de precisión.
Se debe mencionar una advertencia final con respecto a los ohmímetros: solo funcionan correctamente cuando se mide la resistencia que no está siendo alimentada por un voltaje o una fuente de corriente. En otras palabras, ¡no se puede medir la resistencia con un ohmímetro en un circuito “vivo”! La razón de esto es simple: la indicación precisa del ohmímetro depende de que la única fuente de voltaje sea su batería interna. La presencia de cualquier voltaje en el componente a medir interferirá con la operación del ohmímetro. Si el voltaje es lo suficientemente grande, incluso puede dañar el ohmímetro.
REVISIÓN:
- Los ohmiómetros contienen fuentes internas de voltaje para suministrar energía al tomar mediciones de resistencia.
- Una escala de ohmímetro analógico está “hacia atrás” de la de un voltímetro o amperímetro, la aguja de movimiento lee resistencia cero en escala completa y resistencia infinita en reposo.
- Los ohmiómetros analógicos también tienen escalas no lineales, “expandidas” en el extremo inferior de la escala y “comprimidas” en el extremo superior para poder abarcar desde cero hasta resistencia infinita.
- Los ohmiómetros analógicos no son instrumentos de precisión.
- Los [ohmímetros] nunca deben conectarse a un circuito energizado (es decir, un circuito con su propia fuente de voltaje). Cualquier voltaje aplicado a los cables de prueba de un ohmímetro invalidará su lectura.
HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS: