Diseño de ohmímetro

Aunque los diseños de ohmímetros mecánicos (medidores de resistencia) rara vez se utilizan en la actualidad, ya que han sido reemplazados en gran medida por instrumentos digitales, su funcionamiento es, no obstante, 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 de medidor mecánico que opera con corriente eléctrica. El ohmímetro debe tener una fuente interna de voltaje para crear la corriente necesaria para operar el movimiento, y también debe tener resistencias de rango apropiadas para permitir la cantidad justa de corriente a través del movimiento a cualquier resistencia dada.

¿Cómo funciona un ohmímetro?

Comenzando con un movimiento simple y un circuito de batería, veamos cómo funcionaría como un ohmímetro:

Cuando hay una resistencia infinita (sin continuidad entre los cables de prueba), no hay corriente a través del movimiento del medidor y la aguja apunta hacia el extremo izquierdo de la escala. En este sentido, la indicación del ohmímetro es "al revés" 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 conectados directamente (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 tal condición limita la utilidad del dispositivo. Si la izquierda de escala completa en la cara del medidor representa una cantidad infinita de resistencia, entonces la derecha de escala completa debe representar cero. Actualmente, nuestro diseño “fija” el movimiento del medidor con fuerza hacia la derecha cuando hay una resistencia cero entre los cables. Necesitamos una forma de hacerlo de modo que el movimiento se registre a escala completa cuando los cables de prueba se cortocircuitan entre sí. Esto se logra agregando 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 (deflexión a escala completa en el movimiento) con 9 voltios de potencial de la batería, luego restamos la resistencia interna del movimiento de esa cifra:

Ahora que se ha calculado el valor correcto para R, todavía nos queda un problema de rango del medidor. En el lado izquierdo de la escala tenemos "infinito" y en el lado derecho tenemos cero. Además de estar “al revés” de las escalas de voltímetros y amperímetros, esta escala es extraña porque va de nada a todo, en lugar de nada a un valor finito (como 10 voltios, 1 amperio, etc.).

Uno podría hacer una pausa para preguntarse, “¿qué representa la escala media? ¿Qué cifra se encuentra exactamente entre cero e infinito? " Infinity es más que un muy grande cantidad:es una cantidad incalculable, más grande de lo que podría ser 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, entonces, ¿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 se desplaza de derecha a izquierda. Más bien, la escala comienza "expandida" en el lado derecho, y los valores de resistencia sucesivos se acercan cada vez más entre sí hacia el lado izquierdo de la escala:

No se puede abordar el infinito de manera lineal (uniforme), porque la escala nunca ¡ir allí! Con una escala no lineal, la cantidad de resistencia abarcada para cualquier distancia dada en la escala aumenta a medida que la escala avanza hacia el infinito, lo que hace que el infinito sea una meta alcanzable.

Sin embargo, todavía tenemos una cuestión de alcance para nuestro ohmímetro. ¿Qué valor de resistencia entre los cables de prueba provocará una desviación de la aguja de exactamente 1/2 escala? 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 interna de 500 Ω y una resistencia de rango en serie de 8,5 kΩ, esto deja 9 kΩ para una resistencia de prueba externa (conductor a conductor) 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.

Usando la ley de Ohm unas cuantas veces más, podemos determinar el valor de resistencia de prueba para la desviación de escala 1/4 y 3/4 también:

Desviación de escala de 1/4 (0,25 mA de corriente del medidor):

Desviación de escala 3/4 (0,75 mA de corriente del 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 precisa de la resistencia. Si el voltaje de la batería disminuye (como lo hacen todas las baterías químicas con el tiempo 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 el voltaje de la batería disminuyendo, el medidor ya no desviará la escala completa hacia la derecha cuando los cables de prueba estén en corto (0 Ω). Del mismo modo, una resistencia de prueba de 9 kΩ no desviará la aguja a exactamente 1/2 escala 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, en el mejor de los casos, deben considerarse aproximaciones. Por esta razón, y por el hecho de la escala no lineal, este tipo de ohmímetro nunca se considera un instrumento de precisión.

Es necesario mencionar una advertencia final con respecto a los ohmímetros:solo funcionan correctamente cuando se miden resistencias que no están siendo alimentadas por una fuente de voltaje o corriente. En otras palabras, ¡no 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 que se va a medir interferirá con el funcionamiento del óhmetro. Si el voltaje es lo suficientemente grande, incluso puede dañar el ohmímetro.

REVISAR:

• Los ohmímetros contienen fuentes internas de voltaje para suministrar energía al tomar medidas de resistencia.
• La escala de un ohmímetro analógico está "al revés" de la de un voltímetro o amperímetro, la aguja de movimiento indica resistencia cero a escala completa y resistencia infinita en reposo.
• Los ohmímetros 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 resistencias infinitas.
• Los ohmímetros analógicos no son instrumentos de precisión.
• Los ohmímetros deben nunca estar conectado 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:

• Hoja de trabajo de amperímetro a ohmímetro
• Hoja de trabajo de uso básico del ohmímetro