Pinza amperimétrica

En ingeniería eléctrica y electrónica, una pinza amperimétrica, también conocida como sonda amperimétrica, es un dispositivo eléctrico con mordazas que se abren para permitir sujetar un conductor eléctrico. Esto permite medir la corriente en un conductor sin necesidad de hacer contacto físico con él, o desconectarlo para insertarlo a través de la sonda.

Las pinzas amperimétricas se utilizan normalmente para leer la magnitud de la corriente alterna (CA) y, con instrumentación adicional, también se pueden medir la fase y la forma de onda. Algunas pinzas amperimétricas pueden medir corrientes de 1000 A y más. Las pinzas de efecto Hall y de tipo paleta también pueden medir corriente continua (CC).

Una forma común de pinza amperimétrica consiste en un anillo partido hecho de ferrita o hierro dulce. Una bobina de alambre se enrolla alrededor de una o ambas mitades, formando un devanado de un transformador de corriente. El conductor alrededor del cual se sujeta forma el otro devanado. Como cualquier transformador, este tipo funciona únicamente con formas de onda de CA o pulsos, y algunos ejemplos se extienden hasta el rango de los megahercios.

Al medir la corriente, el conductor en cuestión forma el devanado primario y la bobina forma el secundario.

Este tipo también se puede utilizar a la inversa, para inyectar corriente en el conductor, por ejemplo, en pruebas de susceptibilidad a la compatibilidad electromagnética para inducir una corriente de interferencia. Normalmente, la sonda de inyección está diseñada específicamente para este fin. En este modo, la bobina forma el primario y el conductor de prueba el secundario.

En el tipo de paletas de hierro, el flujo magnético en el núcleo afecta directamente a una paleta de hierro en movimiento, lo que permite medir tanto la corriente alterna como la corriente continua, y proporciona un valor cuadrático medio (RMS) real para formas de onda de corriente alterna no sinusoidales. Debido a su tamaño físico, generalmente está limitado a frecuencias de transmisión de energía de hasta aproximadamente 100 Hz.

La paleta suele estar fijada directamente al mecanismo de visualización de una pinza amperimétrica analógica (aguja móvil). La calibración del instrumento es claramente no lineal.

El tipo de efecto Hall es más sensible y puede medir tanto corriente continua como alterna, en algunos casos hasta el rango de los kilohercios (miles de hercios). Este tipo se utilizaba a menudo con osciloscopios y con multímetros digitales computarizados de alta gama, sin embargo, se están volviendo comunes para un uso más general.

El sensor de corriente de bobina de Rogowski, que se parece a una pinza amperimétrica en apariencia y función, es un transformador sin núcleo que se utiliza en pinzas amperimétricas y registradores de monitoreo de potencia. Tiene la ventaja de una mejor linealidad, ya que no tiene núcleo que saturar, se puede hacer flexible y no requiere ningún contacto magnético o eléctrico en el extremo de apertura. La bobina de Rogowski proporciona un voltaje proporcional a la tasa de cambio de corriente en el cable primario, por lo que se necesita más procesamiento de la señal antes de que se puedan mostrar los valores detectados.

Un medidor eléctrico con pinza amperimétrica de CA integrada se conoce como pinza amperimétrica, amperímetro de pinza, comprobador de pinzas o, coloquialmente, pinza amperimétrica.

Un medidor de pinza mide la suma vectorial de las corrientes que fluyen en todos los conductores que pasan por la sonda, lo que depende de la relación de fase de las corrientes. Normalmente, solo pasa un conductor por la sonda. En particular, si la pinza está cerrada alrededor de un cable de dos conductores que transporta energía al equipo, la misma corriente fluye por un conductor y sube por el otro; el medidor lee correctamente una corriente neta de cero. Como los cables eléctricos para el equipo tienen ambos conductores aislados (y posiblemente un cable de tierra) unidos entre sí, los medidores de pinza se utilizan a menudo con lo que es esencialmente un cable de extensión corto con los dos conductores separados, de modo que la pinza se puede colocar alrededor de un solo conductor de esta extensión.

Un desarrollo relativamente reciente es un amperímetro de pinza multiconductor con varias bobinas de sensores alrededor de las mordazas de la pinza. Este se puede colocar alrededor de cables monofásicos estándar de dos o tres conductores para proporcionar una lectura de la corriente que fluye a través de la carga, sin necesidad de separar los conductores. Sin embargo, el mecanismo de detección particular es más propenso a mediciones erróneas y se requiere un manejo cuidadoso.

La lectura que produce un conductor que transporta una corriente muy baja se puede aumentar enrollando el conductor alrededor de la pinza varias veces; la lectura del medidor dividida por el número de vueltas es la corriente, con cierta pérdida de precisión debido a los efectos inductivos.

Los electricistas utilizan pinzas amperimétricas, a veces con la pinza incorporada en un multímetro de uso general.

Es sencillo medir corrientes muy altas (cientos de amperios) con el transformador de corriente adecuado. La medición precisa de corrientes bajas (unos pocos miliamperios) con una pinza de transformador de corriente es más difícil. El rango de cualquier medidor dado se puede ampliar pasando el conductor a través de la mordaza varias veces. Por ejemplo, un medidor de 0 a 200 A se puede convertir en un medidor de 0 a 20 A enrollando el conductor 10 veces alrededor del núcleo de la mordaza.

Los medidores de pinza más económicos utilizan un circuito rectificador que lee la corriente media, pero está calibrado para mostrar la corriente RMS correspondiente a la media medida, lo que da una lectura RMS correcta solo si la corriente es una onda sinusoidal. Para otras formas de onda, las lecturas serán incorrectas; cuando estos medidores más simples se utilizan con cargas no sinusoidales, como los balastos utilizados con lámparas fluorescentes o lámparas de descarga de alta intensidad o la mayoría de los equipos informáticos y electrónicos modernos, las lecturas pueden ser bastante inexactas. Los medidores que responden al valor RMS real en lugar de a la corriente media se describen como "RMS real".

Las unidades de efecto Hall portátiles típicas pueden leer corrientes de hasta 200 mA, y hay unidades disponibles que pueden leer hasta 1 mA.

El amperímetro de prueba de pinza Columbia (ilustrado) es un ejemplo del tipo de paleta de hierro, que se utiliza para medir grandes corrientes de CA de hasta 1000 amperios. Las mordazas de hierro del medidor dirigen el campo magnético que rodea al conductor a una paleta de hierro que está unida a la aguja del medidor. La paleta de hierro se mueve en proporción a la fuerza del campo magnético y, por lo tanto, produce una indicación del medidor proporcional a la corriente. Este tipo de amperímetro puede medir corrientes de CA y CC y proporciona una medición de corriente RMS real de formas de onda de CA no sinusoidales o distorsionadas. Se pueden instalar movimientos de medidor intercambiables en el conjunto de sujeción para proporcionar varios valores de corriente de escala completa de hasta 1000 amperios. La paleta de hierro se encuentra en un pequeño cilindro que se inserta en un espacio en el extremo articulado de las mordazas de sujeción. Hay varios tamaños de mordazas disponibles para sujetar conductores y barras colectoras grandes de hasta 4+1⁄2 pulgadas (110 mm) de ancho. Como muestra la ilustración, la escala es muy no lineal y no es adecuada para medir corrientes bajas, con corrientes de menos de la mitad de la desviación de escala completa apiñadas en una sección corta del dial.

Las pinzas de sujeción se utilizan con algunos medidores para medir la potencia y la energía eléctrica. La pinza mide la corriente y otros circuitos miden el voltaje; la potencia real es el producto del voltaje instantáneo y la corriente integrados a lo largo de un ciclo. Los medidores integrales diseñados para medir muchos parámetros de energía eléctrica (factor de potencia, distorsión, potencia instantánea en función del tiempo, relaciones de fase, etc.) utilizan este principio. Se utiliza una sola pinza para mediciones monofásicas; con un instrumento adecuado con tres pinzas, se pueden realizar mediciones en sistemas de energía trifásica.