Fundamentos de medidas del multímetro digital

Prácticamente cada DMM tiene una función de medida de AC y DC. Las pruebas de voltaje se utilizan comúnmente para probar y verificar las salidas de instrumentos, componentes o circuitos. El voltaje siempre se mide entre dos puntos, por lo que se necesitan dos puntas de pruebas. Algunos conectores DMM y puntas de pruebas son de color; rojo está destinado para el punto positivo del que usted desea realizar una medida y negro está destinado para el punto negativo que suele ser una referencia o tierra. Sin embargo, el voltaje es bidireccional, por lo que si tuviera que cambiar los puntos positivo y negativo, el voltaje medido simplemente sería invertido.

Usualmente hay dos modos diferentes para medir voltaje: AC y DC. Normalmente, DC se denota con una V con una línea punteada y una línea continua mientras que AC se denota con una V con una onda. Asegúrese de seleccionar el rango y el modo correcto para su aplicación.

^{Figura 1. Las medidas de voltaje AC (izquierda) y de voltaje DC (derecha) se utilizan comúnmente para probar y verificar las salidas de instrumentos, componentes o circuitos.}

Hay varios términos y conceptos con los que usted debe estar familiarizado al medir voltaje DC o AC.

Resistencia de entrada

Un voltímetro ideal tiene una resistencia de entrada infinita para que el instrumento no extraiga ninguna corriente desde el circuito de prueba. Sin embargo, en realidad, siempre hay algo de resistencia que afecta la precisión de la medida. Para minimizar este problema, los subsistemas de medida de voltaje del DMM generalmente están diseñados para tener impedancias en el 1s a 10s de MΩ. Si usted está midiendo bajos voltajes, incluso esta resistencia puede ser suficiente para agregar imperfecciones no deseadas a su medida. Por esta razón, los rangos de voltaje más bajos a menudo tienen una opción de mayor impedancia como 10 GΩ.

Con algunos DMMs, usted puede seleccionar la resistencia de entrada. Para la mayoría de las aplicaciones, se puede decir que mientras más alta la impedancia, más precisa es la medida. Sin embargo, existen algunos casos en los que usted debe elegir la impedancia más baja. Por ejemplo, un conducto que tiene diferentes cables en el interior podría tener acoplamiento en los cables. Aunque los cables son abiertos y flotantes, el DMM aun así lee un voltaje. La impedancia más alta no es suficiente para eliminar estos voltajes fantasmas, pero una baja impedancia proporciona una ruta para esta carga acumulada y permite que el DMM mida correctamente 0 V. Un ejemplo de esto en un rango de voltaje más bajo es si usted tuviera rastros muy juntos en un circuito.

Factor pico

Al medir señales AC (voltaje o corriente), el factor pico puede ser un parámetro importante al determinar la precisión para una forma de onda específica. El factor pico es la relación del valor pico al valor rms y una manera de describir las figuras de la forma de onda. Por lo general, el factor pico es usado para voltajes, pero puede usarse para otras medidas como corriente. Técnicamente se define como un número real positivo, pero casi siempre se especifica como una relación.

^{Ecuación 2. El factor de pico es una medida de cuán extremos son los picos en una forma de onda}

Una forma de onda constante sin picos tiene un factor pico de 1 porque el valor pico y el valor rms de la forma de onda son el mismo. Para una forma de onda triangular, se tiene un factor pico de 1.732. Los factores pico más altos indican los picos más agudos y hacen que sea más difícil obtener una medida de AC precisa.

^{Figura 2. El factor pico de una señal AC puede afectar la precisión}

Un multímetro de AC que mide usando rms verdadero, especifica la precisión en base a una onda sinusoidal. Indica, a través del factor pico, la cantidad de distorsión que una onda sinusoidal puede tener y aun así ser medida dentro de la precisión indicada. También indica cualquier otro error de precisión para otras formas de onda, dependiendo de su factor pico.

Por ejemplo, si un DMM determinado tiene una precisión AC de 0.03% de la lectura. Usted está midiendo una forma de onda triangular, por lo que usted necesita buscar cualquier otro error con un factor pico de 1.732. El DMM especifica que para factores pico entre 1 y 2, hay un error adicional de 0.05% de lectura. Su medida entonces tiene una precisión del 0.03% + 0.05% para un total de 0.08% de la lectura. Como puede ver, el factor pico de una forma de onda puede tener un gran efecto en la precisión de la medida.

Desfase nulo

La mayoría de los DMMs ofrecen la habilidad de realizar un desfase nulo. Esto es útil para eliminar errores causados por conectores y cables al realizar una medida de voltaje DC o de resistencia. Primero, seleccione el tipo y rango correctos de medida. Luego conecte sus puntas de prueba juntas y espere que una medida realice una lectura. Después seleccione el botón de desfase nulo. Las lecturas subsecuentes extraen la medida nula para proporcionar una lectura más precisa.

Auto-Zero

Además de realizar un desfase nulo, otra manera de mejorar la precisión de la medida de voltaje y resistencia es habilitar una característica llamada auto-zero. Auto-zero se utiliza para compensar los desfases de instrumentos internos. Cuando la característica es habilitada, el DMM realiza una medida adicional para cada medida que usted realiza. Esta medida adicional se realiza entre la entrada del DMM y su tierra. Este valor se resta de la medida realizada, restando cualquier desfase en la trayectoria de la medida o ADC. Aunque puede ser muy útil para mejorar la precisión de la medida, auto-zero puede incrementar el tiempo que toma realizar una medida.

Otra función de medida común es la medida de corriente DC y AC. Aunque el voltaje se mide en paralelo con el circuito, la corriente se mide en serie con el circuito. Esto significa que usted necesita partir el circuito—interrumpir físicamente el flujo de corriente—para insertar el DMM en el ciclo del circuito para realizar una medida precisa. Similar al voltaje, la corriente es bidireccional. La notación también es similar, pero con un símbolo A en lugar de una V. La A significa amperios, la unidad de medida de corriente. Asegúrese de seleccionar el rango y el modo correcto para su aplicación.

^{Figura 3. Las medidas de corriente DC (izquierda) y de corriente AC (derecha) son útiles para resolver problemas de circuitos o componentes.}

Los DMMs tienen una pequeña resistencia en las terminales de entrada y miden el voltaje. Después utilizan la ley de Ohm para calcular la corriente. La corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia. Para proteger su multímetro, evite cambiar la función de medida de corriente cuando las corrientes están fluyendo a través del circuito. También debe tener cuidado de no medir el voltaje accidentalmente al estar en el modo de medida de corriente; esto puede causar que el fusible se funda. Si usted funde el fusible accidentalmente, puede reemplazarlo. Vea el manual de instrucciones del instrumento para información más detallada.

Las medidas de resistencia se utilizan comúnmente para medir resistores u otros componentes como sensores o bocinas. Las medidas de resistencia se realizan aplicando un voltaje DC conocido sobre una resistencia desconocida en serie con una pequeña resistencia interna. Miden el voltaje de prueba, después calculan la resistencia desconocida. Por eso, pruebe el dispositivo solo cuando no esté encendido; de lo contrario, ya hay voltaje en el circuito y puede obtener lecturas incorrectas. También tenga en mente que un componente se debe medir antes de ser insertado en el circuito; de otra manera, usted está midiendo la resistencia de todo lo que está conectado al componente en lugar de solamente el componente en sí.

Una de las cosas buenas de la resistencia es que no es direccional, es decir que si usted cambia las puntas de prueba, la lectura sigue siendo la misma. El símbolo para una medida de resistencia es un Ω, que representa la unidad de resistencia de medida. Asegúrese de seleccionar el rango y el modo correcto para su aplicación. Si la pantalla lee OL, esto significa que la lectura está sobre el límite o es mayor de lo que el medidor puede medir en ese rango. Como se mencionó anteriormente, usar el desfase nulo puede mejorar las lecturas de su medida.

^{Figura 4. Las medidas de resistencia se utilizan comúnmente para medir resistores u otros componentes.}

Muchos DMMs ofrecen dos funciones de medidas adicionales: pruebas de diodos y pruebas de continuidad.

Pruebas de continuidad

Las pruebas de continuidad le ayudan cuando dos puntos están conectados eléctricamente. Esto puede ser muy útil para solucionar problemas de roturas de cables, trazas de tarjeta de circuito impreso (PCB) o uniones de soldadura. Al realizar pruebas para continuidad, es esencial monitorear exactamente donde las puntas de prueba se están tocando. Así que la mayoría de los DMMs emiten un sonido cuando detectan un circuito cerrado, así usted no tiene que buscar en sus puntas de prueba. Por lo que el símbolo para continuidad se ve como una onda de sonido.

^{Figura 5. Las pruebas de continuidad le ayudan cuando dos puntos están conectados eléctricamente.}

Las pruebas de continuidad funcionan igual que una medida de resistencia; por lo que es esencial que su dispositivo no esté encendido cuando realice pruebas. También puede ser útil asegurarse primero que todo está conectado al juntar las puntas de prueba para verificar el sonido. Si usted no escucha un sonido, entonces verifique que las puntas de prueba están conectadas fijamente, que su DMM tiene suficiente duración de batería y que usted está en el modo correcto. También debe ver su manual de usuario para determinar el nivel de resistencia requerida para activar el sonido, ya que varía de un modelo a otro.

Si usted está probando un circuito que tiene un capacitor grande, es posible que escuche un sonido rápido y luego silencio. Esto es porque el voltaje que el DMM está aplicando al circuito está cargando el capacitor y durante este tiempo, el DMM piensa que es un circuito cerrado, cuando en realidad no lo es.

Pruebas de diodos

Las pruebas de diodos muestran la caída de voltaje del diodo en volts. El símbolo, como es de esperar, es el símbolo del diodo.

^{Figura 6. Las pruebas de diodos muestran la caída de voltaje del diodo en volts}

El DMM impulsa a una pequeña corriente a través del diodo y mide la caída de voltaje entre los dos conductores de prueba. Al medir un diodo, usted quiere la punta de prueba positiva del lado ánodo y la negativa del lado cátodo. La lectura de voltaje normalmente es de cerca de 0.7 V para silicio, pero puede ir desde 0.5 a 0.9 V y aún ser un diodo en operación. Los diodos de germanio normalmente están alrededor de 0.3 V.

^{Figura 7. Por lo general, se prueba un diodo con la punta de prueba positiva del lado de ánodo y la negativa del lado cátodo. Sin embargo, cambiarlos también puede ser revelador.}

A continuación, cambie las puntas de prueba para que el negativo esté del lado del ánodo y el positivo del lado del cátodo. Si el diodo está funcionando correctamente, el multímetro debe mostrar que hay un circuito abierto indicado por el OL.

Si un diodo está defectuoso, puede fallar por ser un diodo corto o abierto. Si el diodo ha fallado abierto, el DMM muestra OL tanto en tendencia progresiva y regresiva porque la corriente que fluye es cero y es equivalente a un circuito abierto. Si el diodo está en corto, el DMM indica 0 V ya que no hay caída de voltaje a través del diodo.

Siempre es importante considerar ruido al realizar una medida. Hay dos parámetros adicionales con los que usted debe estar familiarizado para comprender mejor su instrumento y el ruido asociado con la medida.

La relación de rechazo de modo normal (NMRR) describe la habilidad del DMM para rechazar ruido que aparece entre las dos terminales de entrada o en otras palabras, el ruido combinado con la señal medida. La mayoría de este ruido es una frecuencia de línea y sus armónicos. NMRR, que a menudo se utiliza para indicar la capacidad del instrumento para rechazar un ruido en la línea de alimentación de 50 o 60 Hz, es válida solamente en la frecuencia especificada y es útil cuando se realizan medidas de DC. El ruido de modo normal también se puede reducir utilizando protección o filtros.

La relación de rechazo de modo común (CMRR) describe la habilidad del DMM para rechazar el ruido que es común a ambas terminales de entrada, como desde un entorno ruidoso. El ruido de modo común generalmente es menos severo que el ruido de modo normal.

NMRR y CMRR por lo general se especifican a 50 Hz y 60 Hz y CMRR por lo general se especifica a un valor de DC también. Normalmente los valores son mayores que 80 dB y 120 dB, respectivamente.

• El número de dígitos de la pantalla en un DMM no está relacionado con la resolución, pero puede ayudar a determinar el número de valores significativos que se pueden visualizar y leer. 
• Para la mayoría de las aplicaciones, se puede decir que mientras más alta la impedancia, más precisa es la medida de voltaje
• Los factores pico más altos indican los picos más agudos y hacen que sea más difícil obtener una medida AC precisa.
• Desfase nulo se puede utilizar para eliminar errores causados por conexiones y cables al realizar una medida de voltaje DC o resistencia.
• Auto-zero se utiliza para compensar los desfases internos de instrumentos.
• Medidas de corriente requieren partir el circuito con el fin de insertar el DMM en el ciclo del circuito. 
• Medir voltaje accidentalmente en el modo de corriente puede causar que se funda un fusible.
• Las medidas de resistencia y las pruebas de continuidad deben realizarse cuando el circuito no tiene energía.
• La relación de rechazo de modo normal (NMRR) describe la habilidad del DMM para rechazar ruido que aparece entre las dos terminales de entrada.
• La relación de rechazo de modo común (CMRR) describe la habilidad del DMM para rechazar el ruido que es común a ambas terminales de entrada, como desde un entorno ruidoso.