Datos sobre las mediciones del verdadero valor eficaz

Por Chuck Newcombe

Hace tiempo, un joven conocido me preguntó: "¿Cómo medía la CA con precisión antes de que existieran los DMM de verdadero valor eficaz?" Mi respuesta fue: "Con mucho cuidado", y es la verdad.

En 1961, cuando empecé a trabajar en un laboratorio de estándares de medición, disponía de tres tipos de medidores de verdadero valor eficaz de precisión. Todos los tipos disponibles eran analógicos: el electrodinámico, el de paleta móvil y el termopar. Todos eran frágiles y requerían un manejo delicado para lograr mediciones precisas y evitar daños. También eran lentos en responder y presentaban una carga significativa en el circuito medido.

Hoy en día todo es muy distinto: hay muchos multímetros digitales con capacidad de medir CA de verdadero valor eficaz. Los medidores de hoy en día son resistentes, responden con rapidez, son más sensibles y presentan los resultados con una claridad digital fácil de leer. Pero hay algunos puntos sutiles que se deben tener en cuenta al realizar mediciones de valor eficaz.

La mayoría de los DMM actuales miden la señal de verdadero valor eficaz acoplada en CA y rechazan el componente de CC, si lo hay. Varios modelos, como el DMM Fluke 189, ofrecen la opción adicional de medir el verdadero valor eficaz de CA + CC, y calculan el valor eficaz total con el componente de CC presente. ¿Cuál es la razón de la diferencia? ¿Cuándo debería usarse uno u otro?

En un sistema de distribución de energía que funcione correctamente alimentado mediante transformadores, solo debería encontrarse CA, así que la medición de acoplamiento de CA que ofrece la mayoría de los DMM es adecuada. Además, cuando un diodo falla en un circuito rectificador de controlador de motor, suele ser más eficaz detectar la falla observando una lectura en la función de tensión de CC que rechaza el componente de CA.

También puede darse el caso de que desee realizar el seguimiento de una señal sonora mediante un circuito amplificador. Esa señal puede existir en el colector de un transistor en el que también se encuentra presente corriente de polarización por CC. De nuevo, cuando desee separar los componentes de CA y CC, el modo correcto que se debe usar en estos casos es el de acoplamiento en alterna del DMM.

Un caso para medir CA y CC se da en la salida de una fuente de alimentación de CC sin filtrar en la que haya presente una tensión de rizado de CA significativa en la señal de CC. Dado que un calentador de resistencia o una lámpara incandescente conectados a dicha fuente responderá con toda la energía disponible, una medición de CA + CC indicará con mayor precisión cómo debe reaccionar la carga.

¿Qué se puede hacer si solo se dispone de la capacidad de medir el valor eficaz con acoplamiento de CA en el DMM y se desea medir la energía de CA y CC combinadas? Traiga la calculadora.

Primero puede medir la tensión de CA, después, la de CC y registrar ambos valores. A continuación, eleve al cuadrado ambas cifras y sume los valores resultantes. Por último, saque la raíz cuadrada de la suma y obtendrá el verdadero valor eficaz de CA + CC de la señal.

Se puede usar una variación de esta técnica para investigar la salida de CA de la transmisión de un motor electrónico usando la función de filtro de paso bajo, disponible en el Fluke 87V.

La principal señal de interés en la salida de dicha transmisión es la señal de baja frecuencia que impulsa el motor. El filtro de paso bajo del 87V aísla esta señal de forma que se puedan realizar mediciones precisas de su frecuencia y tensión de verdadero valor eficaz.

Cuando no se usa el filtro, se obtiene una lectura mucho más alta, porque la señal medida ahora incluye todas las tensiones de conmutación que se usan para crear la tensión de la transmisión del motor.

Para determinar el valor eficaz de esta diferencia, se puede hacer lo siguiente:

  1. Mida la tensión total y registre el valor.
  2. Mida la tensión con el filtro de paso bajo y registre el valor.
  3. Eleve al cuadrado ambas cifras y reste el segundo valor cuadrado al primero.
  4. Por último, obtenga la raíz cuadrada del resultado y tendrá el verdadero valor eficaz de todo el exceso de energía que no se ha filtrado, dentro del ancho de banda de la entrada del medidor.

Para los matemáticos, aquí están las ecuaciones de los ejemplos anteriores.

V CA+CC = √ VCA ² + VCC ²
VFrecuencia alta = √ V Total ² - V Paso bajo ²

Si prueba cualquiera de estos métodos, descubrirá que los resultados son muy diferentes de lo que obtendría sencillamente sumando o restando las lecturas originales. Es porque las señales con las que trabaja no son coherentes, es decir, que no se encuentran en la misma frecuencia y fase.

Un caso en el que los resultados de valor eficaz podrían sumarse o restarse directamente es en el panel de su casa, en el que la suma de las dos líneas de 120 V es efectivamente 240 V. Esas dos señales son coherentes.

Para obtener más información sobre las mediciones de verdadero valor eficaz, puede leer "Why true-rms?" (¿Por qué verdadero valor eficaz?).

Notas de aplicación de los multímetros digitales