3.11: Haz Tu Propio Multímetro

PARTES Y MATERIALES

• Movimiento de medidor sensible (Catálogo Radio Shack #22-410)
• Interruptor selector, unipolar, multitiro, rotura antes de hacer (Radio Shack catálogo # 275-1386 es una unidad de 2 polos y 6 posiciones que funciona bien)
• Potenciómetros multigiro, montaje en PCB (Radio Shack catálogo # 271-342 y 271-343 son unidades “trimmer” de 15 vueltas, 1 kΩ y 10 kΩ, respectivamente)
• Resistencias surtidas, preferiblemente tipos de película metálica de alta precisión o enrollados de alambre (Radio Shack catálogo # 271-309 es un surtido de resistencias de película metálica, +/- 1% de tolerancia)
• Caja de montaje de plástico o metal
• Tres postes de unión tipo jack “banana”, u otro hardware de terminal, para la conexión al circuito del potenciómetro (catálogo Radio Shack # 274-662 o equivalente)

El componente más importante y costoso de un medidor es el movimiento: el mecanismo real de aguja y escala cuya tarea es traducir una corriente eléctrica en desplazamiento mecánico donde pueda ser interpretada visualmente. El movimiento ideal del medidor es físicamente grande (para facilitar la visualización) y lo más sensible posible (requiere una corriente mínima para producir una desviación a gran escala de la aguja). Los movimientos de medidores de alta calidad son caros, pero Radio Shack tiene algunos de calidad aceptable que tienen un precio razonable. El modelo recomendado en la lista de piezas se vende como voltímetro con un rango de 0-15 voltios, pero en realidad es un miliamperímetro con una resistencia de rango (“multiplicador”) incluida por separado.

Puede ser más económico comprar un medidor analógico económico y desmontarlo solo para el movimiento del medidor. Si bien la idea de destruir un multímetro de trabajo para tener partes para hacer las tuyas propias puede sonar contraproducente, el objetivo aquí es aprender, no la función del medidor.

No puedo especificar valores de resistencia para este experimento, ya que estos dependen del movimiento particular del medidor y los rangos de medición elegidos. Asegúrese de usar resistencias de valor fijo de alta precisión en lugar de resistencias de composición de carbono. Incluso si encuentra resistencias de composición de carbono de los valores correctos, esos valores cambiarán o “derivarán” con el tiempo debido al envejecimiento y las fluctuaciones de temperatura. Por supuesto, si no te importa la estabilidad a largo plazo de este medidor pero lo estás construyendo solo para la experiencia de aprendizaje, la precisión de la resistencia importa poco.

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 1, Capítulo 8: “Circuitos de Medición DC”

Objetivos de aprendizaje

• Diseño y uso del voltímetro
• Diseño y uso del amperímetro
• Limitación del rango de reóstatos
• Teoría y práctica de la calibración
• Práctica de soldadura

Diagrama esquemático

Ilustracion

INSTRUCCIÓN

Primero, debes determinar las características del movimiento de tu medidor. Lo más importante es conocer la deflexión a gran escala en miliamperios o microamperios. Para determinar esto, conecte el movimiento del medidor, un potenciómetro, batería y amperímetro digital en serie. Ajuste el potenciómetro hasta que el movimiento del medidor se desvíe exactamente a escala completa. Lea la pantalla del amperímetro para encontrar el valor de corriente a escala completa:

Tenga mucho cuidado de no aplicar demasiada corriente al movimiento del medidor, ya que los movimientos son dispositivos muy sensibles y se dañan fácilmente por sobrecorriente. La mayoría de los movimientos del medidor tienen clasificaciones de corriente de desviación a gran escala de 1 mA o menos, así que elija un valor de potenciómetro lo suficientemente alto como para limitar la corriente de manera adecuada y comience a probar con el potenciómetro girado a la máxima resistencia Cuanto menor sea la clasificación de corriente a escala completa de un movimiento, más sensible es.

Después de determinar la clasificación de corriente a gran escala del movimiento de su medidor, debe medir con precisión su resistencia interna. Para ello, desconecte todos los componentes del circuito de prueba anterior y conecte su ohmímetro digital a través de los terminales de movimiento del medidor. Registrar esta cifra de resistencia junto con la cifra actual a escala completa obtenida en el último procedimiento.

Quizás la parte más desafiante de este proyecto es determinar los valores de resistencia de rango adecuados e implementarlos en forma de redes de reóstatos. Los cálculos se describen en el capítulo 8 del volumen 1 (“Circuitos de medición”), pero aquí se da un ejemplo. Supongamos que el movimiento de su medidor tenía una clasificación a escala completa de 1 mA y una resistencia interna de 400 Ω. Si quisiéramos determinar la resistencia de rango necesaria (“_{multiplicador} R”) para darle a este movimiento un rango de 0 a 15 voltios, tendríamos que dividir 15 voltios (voltaje total aplicado) por 1 mA (corriente a escala completa) para obtener la resistencia total de sonda a sonda del voltímetro (R=E/I). Para este ejemplo, esa resistencia total es de 15 kΩ. De esta cifra de resistencia total, restamos la resistencia interna del movimiento, dejando 14.6 kΩ para el valor de la resistencia de rango. Una simple red de reóstato para producir 14.6 kΩ (ajustable) sería un potenciómetro de 10 kΩ en paralelo con una resistencia fija de 10 kΩ, todo en serie con otro resistor fijo de 10 kΩ:

Una posición del interruptor selector conecta directamente el movimiento del medidor entre el poste de unión común negro y el poste de unión V/ma rojo. En esta posición, el medidor es un amperímetro sensible con un rango igual a la clasificación de corriente a escala completa del movimiento del medidor. La posición lejana en el sentido de las agujas del reloj del interruptor desconecta el terminal positivo (+) del movimiento de cualquiera de los postes de unión rojos y lo corta directamente al terminal negativo (-). Esto protege el medidor de daños eléctricos aislándolo de la sonda de prueba roja, y “amortigua” el mecanismo de la aguja para protegerlo aún más contra golpes mecánicos.

La resistencia de derivación (_derivación R) necesaria para una función de amperímetro de alta corriente debe ser una unidad de baja resistencia con una alta disipación de potencia. Definitivamente no utilizará ninguna resistencia de 1/4 vatio para esto a menos que forme una red de resistencias con varias resistencias más pequeñas en combinación paralela. Si planeas tener un rango de amperímetro superior a 1 amperio, te recomiendo usar una pieza gruesa de alambre o incluso una pieza delgada de chapa como la “resistencia”, adecuadamente archivada o dentada para proporcionar la cantidad justa de resistencia.

Para calibrar una resistencia de derivación casera, necesitará conectar el conjunto de su multímetro a una fuente calibrada de alta corriente, o una fuente de alta corriente en serie con un amperímetro digital como referencia. Use una pequeña lima de metal para afeitarse el grosor del cable de derivación o para entallar la tira de chapa metálica en cantidades pequeñas y cuidadosas. La resistencia de tu derivación aumentará con cada golpe de la lima, haciendo que el movimiento del medidor se desvíe más fuertemente. Recuerda que siempre puedes acercarte al valor exacto en pasos cada vez más lentos (trazos de archivo), ¡pero no puedes ir “hacia atrás” y disminuir la resistencia de derivación!

Construya primero el circuito multímetro en una placa de pruebas mientras determina los valores de resistencia de rango adecuados y realiza todos los ajustes de calibración allí. Para la construcción final, suelde los componentes en una placa de circuito impreso. Radio Shack vende placas de circuito impreso que tienen el mismo diseño que una placa de pruebas, por conveniencia (catálogo # 276-170). Siéntase libre de alterar el diseño de los componentes de lo que se muestra.

Te recomiendo encarecidamente que monte la placa de circuito y todos los componentes en una caja robusta para que el medidor esté terminado de manera duradera. A pesar de las limitaciones de este multímetro (sin función de resistencia, incapacidad para medir la corriente alterna y menor precisión que la mayoría de multímetros analógicos comprados), es un excelente proyecto para ayudar a aprender los principios fundamentales del instrumento y la función del circuito. Un multímetro mucho más preciso y versátil se puede construir usando muchas de las mismas partes si se le agrega un circuito amplificador, ¡así que guarde las partes y piezas para un experimento posterior!