Clase 019 – El Multímetro

Contenido teórico

Introducción

El multímetro es el instrumento de medida indispensable para todo electrónico. Con él podrás realizar multitud de medidas que te permitirán saber si tus cálculos coinciden con la realidad o si hay algún componente dentro de tu circuito electrónico que no funciona correctamente.

El multímetro, también conocido como polímetro, es un instrumento de medida que sirve para medir diferentes magnitudes físicas útiles en el diseño o la reparación de circuitos eléctricos. Está formado por varios instrumentos individuales, cada uno de ellos diseñado para medir una magnitud:

  • Amperímetro: diseñado para medir la intensidad eléctrica.
  • Voltímetro: diseñado para medir la diferencia de voltaje entre dos puntos eléctricos.
  • Óhmetro: diseñado para medir la resistencia eléctrica.
  • Vatímetro: diseñado para medir la potencia eléctrica.
  • Capacímetro: diseñado para medir la capacidad de un condensador.

En esta entrada nos centraremos en explicar los instrumentos descritos anteriormente.

Partes del multímetro

El multímetro está formado por:

  • Una pantalla donde aparecerá el valor medido.
  • Un selector donde indicaremos qué magnitud física queremos medir.
  • Dos sondas que conectaremos al circuito y que utilizaremos para medirlo.

Partes de un multímetro

Se pueden observar que las sondas se pueden introducir en varios conectores hembra del polímetro. Esto se debe a que, según la magnitud física que queramos medir y según el valor máximo esperado deberemos conectar las sondas en un conector u otro. Una de las sondas (la que se conecta en el conector llamado “COM”) nunca se moverá, siendo la otra sonda la que se introduzca en los diferentes conectores.

El amperímetro

Para medir la intensidad que circula por un punto de un circuito se utiliza un instrumento denominado “amperímetro”. El amperímetro es muy útil, por lo que viene integrado en todos los multímetros.

  • Símbolo del amperímetro

Amperímetro - Símbolo eléctrico

Para utilizarlo simplemente se tendrá que girar el selector hasta encontrar el símbolo de corriente continua y conectar las sondas al multímetro de la siguiente forma:

El multímetro modo amperímetro

En caso de que queramos medir corrientes muy pequeñas (miliamperios), tendremos que marcar la posición de miliamperios (mA) con el selector. Además, tendremos que cambiar la posición de las sondas al conector de miliamperios.

Tenemos que asegurarnos que estamos midiendo corriente continua (en la pantalla pondrá DC). En algunos multímetros se indica que queremos medir corriente continua desde el propio selector y, en otros, desde el selector indicamos que queremos medir intensidad eléctrica y con el botón “Mode” o “Func” indicamos qué tipo de corriente queremos medir.

Ahora mismo a lo mejor te preguntes que significa corriente continua (DC) del inglés Direct Current). Para explicarlo brevemente, basta con decir que la corriente continua es aquella que no varía en el tiempo, es decir, que permanece constante e invariable. Existe otro tipo de corriente llamada corriente alterna (AC) que se diferencia de la continua en que va representando una senoide a lo largo del tiempo.

Corriente continua vs corriente alterna

* *En futuros cursos nos adentraremos en el mundo de la corriente alterna y la explicaremos detalladamente.

Cómo funciona un amperímetro

La función de un amperímetro es medir la intensidad eléctrica que circula por su interior. Por tanto, para medir la intensidad que circula por un cierto conductor eléctrico (o por un componente), lo que se hace es conectar el amperímetro en serie con ese conductor. Por tanto, todas las cargas eléctricas en movimiento que atraviesan ese conductor, es decir, toda la corriente eléctrica, circulará también a través del multímetro, permitiendo que este mida la corriente.

Circuito con un amperímetro

Para medir la corriente el amperímetro hace circular la intensidad eléctricas a través de una resistencia de valor muy bajo, llamada resistencia shunt.

El amperímetro se encarga de medir el voltaje que cae en esta resistencia de valor muy pequeño (valor el cual es conocido). Por tanto, sabiendo el voltaje que cae en la resistencia y sabiendo el valor de la resistencia  shunt, el amperímetro es capaz de calcular la intensidad que circula gracias a la Ley de Ohm V=I·R.

\[ I=\frac{V}{R_{shunt}} \]

Esta resistencia shunt provocará un pequeño error en la lectura que podemos calcular. 

Para calcularlo, vamos a suponer que queremos saber la intensidad eléctrica que circula a través de la resistencia anterior.

La intensidad real que circula se puede calcular mentalmente gracias a la Ley de Ohm:

\[ I=\frac{V}{R} = \frac{5V}{100Ω} = 0.05A = 50mA\]

Ahora vamos a medir esta corriente eléctrica con un amperímetro cuya resistencia shunt es de 0.1Ω:

Amperímetro - Resistencia Shunt

Podemos calcular la corriente que medirá el amperímetro:

\[ I = \frac{V_{shunt}}{R_{shunt}}  \]

\[ V_{shunt} = I \cdot R_{shunt} = \frac {V}{R_{eq} \cdot R_{shunt}} \]

\[ R_{eq} = 100Ω + 0.1Ω = 100.1Ω \]

\[ V_{shunt} = \frac{5V}{100.1Ω} \cdot 0.1Ω \simeq 0.004995V\]

\[ I = \frac{V_{shunt}}{R_{shunt}} \simeq = \frac{0.004995V}{0.1Ω} = 0.04995A = 49.95mA  \]

El error cometido es del 0.1%. Al ser un error tan pequeño, se puede considerar que la medida es correcta.

Se ha comentado que la forma de medir con un amperímetro es conectarlo en serie con el conductor eléctrico o con el componente que se quiere medir para que los electrones circulen a través de él. Esto es muy importante pues, ¿qué pasaría si nos equivocamos y conectamos el amperímetro en paralelo con el multímetro?

De primeras si conectamos el amperímetro en paralelo, no mediríamos correctamente la intensidad, pues la cantidad de electrones que circularían a través del multímetro sería diferente a la del componente que queremos medir. Además, podemos llegar a quemar el propio amperímetro, ya que estaríamos poniendo una resistencia de valor muy bajo en paralelo con el componente. Esto provocará la circulación de una gran corriente eléctrica a través del multímetro.

Amperímetro - Cómo utilizarlo bien

Si suponemos que la resistencia shunt del amperímetro es de 0.1Ω, podemos calcular cuanta potencia se disipará en cada caso:

  • Si el amperímetro se conecta en serie (conexión CORRECTA):

\[ P = V \cdot I = I^2 \cdot R_{shunt} = \left( \frac{V}{R_{eq}} \right) ^2  \cdot R_{shunt}\]

\[ R_{eq} = 100Ω + 0.1Ω = 100.1Ω \]

\[ P = \frac{5V^2}{100.1Ω^2 } \cdot 0.1Ω \simeq 0.00025W = 0.25mW \]

Se puede observar que si se conecta en serie la potencia que disipa el multímetro es totalmente despreciable (0.25mW es irrisorio).

  • Si el amperímetro se conecta en paralelo (conexión INCORRECTA):

\[ P=V \cdot I = I^2 \cdot R_{shunt} = \left( \frac{V}{R_{eq}} \right) ^2  \cdot R_{shunt}\]

\[ \frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{100Ω} + \frac{1}{0.1Ω} \]

\[ R_{eq} \simeq 0.1Ω \]

\[ P= \frac{5V^2}{0.1Ω^2 } \cdot 0.1Ω \simeq 250W \]

Se puede observar que si se conecta en paralelo la potencia que disipa el multímetro es una barbaridad (un millón de vez superior a la configuración en serie), lo que probablemente provocará daños irreparables en el instrumento.

Importante: Cabe recalcar que la razón por la que no conectamos el multímetro en paralelo con el componente que queremos monitorizar es porque la corriente que circulará a través del amperímetro será diferente a la que circulará a través del componente.

El voltímetro

Para medir la diferencia de  voltaje eléctrico que existe entre dos puntos de un circuito se utiliza un instrumento denominado “voltímetro”. El voltímetro es muy útil, por lo que viene integrado en todos los multímetros.

  • Símbolo del voltímetro:

Voltímetro - Símbolo eléctrico

Para utilizarlo simplemente se tendrá que girar el selector hasta encontrar el símbolo de voltaje continuo y conectar las sondas del multímetro de la siguiente forma:

El Multímetro - Modo Voltímetro

Igual que con el amperímetro, puede que ahora mismo a lo mejor te preguntes que significa voltaje continuo. Para explicarlo brevemente, basta con decir que el voltaje continuo es aquel que no varía en el tiempo, es decir, que permanece constante e invariable. Existe otro tipo de voltaje llamada voltaje alterno que se diferencia de la continua en que va representando una senoide a lo largo del tiempo.

* *En futuros cursos nos adentraremos en el mundo del voltaje alterno y lo explicaremos detalladamente.

Cómo funciona un voltímetro

La función de un voltímetro es medir la diferencia de voltaje eléctrico que hay entre dos puntos de un circuito. Para medir esta diferencia de voltaje, lo que se hace es conectar el voltímetro en paralelo con el componente que queremos medir. 

Circuito eléctrico con un voltímetro

El voltímetro mide el voltaje eléctrico en ambas sondas y calcula la diferencia (la resta) entre ambos valores.

Como en el caso del amperímetro, se recalca que para que el voltímetro funcione correctamente, deberemos conectarlo en paralelo con el componente que queremos medir. Sin embargo, a diferencia del amperímetro, si lo conectamos en serie, no provocaremos daños irreparables en el instrumento.

El Óhmetro

Para medir la resistencia eléctrica que hay entre dos puntos de un circuito se utiliza un instrumento denominado “óhmetro”. El óhmetro es muy útil, por lo que viene integrado en todos los multímetros.

  • Símbolo del óhmetro

El Óhmetro - Símbolo eléctrico

Para utilizarlo simplemente se tendrá que girar el selector hasta encontrar el símbolo de resistencia y conectar las sondas al multímetro de la siguiente forma

El Multímetro - Modo Óhmetro

Cómo funciona un óhmetro

La función de un amperímetro es medir la resistencia eléctrica que hay entre dos puntos de un circuito eléctrico. Por tanto, el óhmetro se conecta en paralelo con el componente que queremos saber su resistencia y sin tener la fuente de alimentación activada:

Circuito eléctrico con un óhmetro

Para medir la resistencia, el óhmetro hace circular una pequeña corriente eléctrica a través del componente que queremos medir, debido a esto, si la fuente de alimentación está activada, estaremos falseando la medida. Esta corriente, producirá una pequeña caída de voltaje, el cuál es medido por el óhmetro. Sabiendo este voltaje y la intensidad que suministra el propio óhmetro, podemos calcular el valor de la resistencia gracias a la Ley de Ohm:

\[ R= \frac{V}{I} \]

Medir continuidad de un circuito

Una funcionalidad muy útil del óhmetro es medir la continuidad eléctrica. Si en el multímetro se selecciona el modo continuidad, este emitirá un sonido cada vez que mida un valor de resistencia pequeña. En la mayoría de multímetros, este valor se sitúa entre los 30Ω y los 60Ω.

El Multímetro - Modo Continuidad

Tener en cuenta que, para seleccionar correctamente este modo, la posición del selector suele ser la misma que la posición de óhmetro. Sin embargo, tendremos que pulsar el botón “Mode” o “Func” hasta conseguir el modo deseado.

Esto nos puede ayudar a saber si un cable está bien conectado o si dos puntos están eléctricamente unidos.

Medir la continuidad de un circuito también se conoce como “pitar un circuito”.

El vatímetro

Para la intensidad, tenemos que conectar un multímetro (o amperímetro) en serie con nuestro componente:

Para medir la potencia que disipa un componente electrónico se utiliza un instrumento de  medida llamado “vatímetro”.

  • Símbolo del vatímetro:

El Vatímetro - Símbolo eléctrico

Sin embargo, la mayoría de multímetros carecen de este instrumento, por lo que para medir la potencia de un componente basta con recordar la fórmula de la potencia:

\[ P = V\cdot I \]

Pues bien, conocida la fórmula de la potencia sólo tendremos que medir el voltaje que hay entre los extremos del componente y medir la intensidad que circula por él.

Recordar que para medir la intensidad, tenemos que conectar un multímetro (o amperímetro) en serie con nuestro componente:

Circuito eléctrico con un amperímetro

Para medir el voltaje tenemos que medir la diferencia de voltaje que hay entre lo extremos del componente conectándole voltímetro en paralelo:

Circuito eléctrico con un voltímetro

Por último, multiplicamos ambas medidas (el voltaje y la intensidad) y obtenemos la potencia que consume (o genera) el componente que estamos midiendo.

La única diferencia entre medir potencia con un vatímetro y con un multímetro es que si mides con un vatímetro, este calcula la multiplicación del voltaje y la intensidad de forma automática. Por otro lado, si mides la potencia con un multímetro, tendrás que hacer este cálculo a mano.

Si juntamos ambos circuitos de medida, obtenemos que tenemos que hacer el siguiente conexionado:

Circuito eléctrico con un vatímetro

Conclusión

En esta entrada nos hemos centrado en que el lector aprenda a cómo utilizar y cómo funciona un multímetro de forma muy general. Su funcionamiento es mucho más complejo al descrito y dudas existenciales tales como ¿Cómo mide el voltaje un multímetro? irán surgiendo y se irán contestando a lo largo de los siguientes cursos.

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Curso I: Conceptos básicos