Electrómetro profesional.


Posiblemente quien se acerque a este desarrollo haya tenido alguna experiencia con un electroscopio de panes de oro. Estos sencillos instrumentos son capaces de detectar la carga acumulada en un trozo de celofán y el voltaje a que se encuentra un globo de feria.


Pero estos instrumentos aunque sorprendentes no parecen adecuados en estos tiempos. Desearíamos un aparato capaz de realizar las mismas medición de que estos de panes de oro, pero señalando la medida en el panel de un medidor. A estos instrumentos se les denomina electrómetros, que no es otra cosa que un voltímetro con una altísima impedancia de entrada, impedancia que suele ser del orden de 10.000 giga ohmios. Sorprendentemente los electrómetros son instrumentos muy caros, del orden de 1000 euros o mas por supuesto muy por encima de lo que un aficionado puede gastarse.


Por que es tan caro un Electrómetro ?.

En teoría podríamos construir un Electrómetro con algún operacional de entrada basada en FET o MOSTFET, esto es cierto. Por ejemplo el amplificador operacional OPA128 de BurrBrown es un excelente candidato con una impedancia de entrada del orden de 10 elevado a 13 ohmios. También podríamos emplear aunque con peores prestaciones el CA3420 ya usado en la construcción del pico amperímetro.


Efectivamente, con el OPA128, cableado en seguidor de ganancia 1 podríamos construir un voltímetro de altísima impedancia de entrada que cumpliría sus funciones como Electrómetro. Claro esta estaría limitado a medir +- 10 voltios. Pues a pesar de lo que parezca ese circuito no seria practico, porque simplemente al moverse un bolígrafo por ejemplo se están produciendo 50 o mas voltios y el electrómetro se saturaría, y como tiene una impedancia tan alta, cualquier capacidad asociada a los cables de entrada tardaría minutos en descargarse por lo que el instrumento estaría bloqueado por minutos haciendo su uso prácticamente imposible.


Para que un Electrómetro sea viable debe tener un rango dinámico de al menos +- 100 V. de entrada. Un rango dimanico en voltaje 7 veces mas altop pero 50 veces mayor en las energías asociadas a las cargas electrostáticas. A primera vista, la solución parece sencilla, colocamos un divisor de tensión a la entrada, que si queremos seguir conservando la alta impedancia de entrada el divisor de tensión debería estar formado por resistencias del orden de los 10.000 giga ohmios. Esas resistencias no existen y si existiesen sus valores no serian estables. Un poco de humedad o la luz del sol harían variar en mas de un 100 % el valor de estas resistencias.


La única solución viable es construir un amplificador con una impedancia de entrada como las señaladas y con un margen dinámico de entrada de al menos +- 100 voltios.


El esquema del amplificador. El esquema a continuación es el de un operacional de ganancia 1 y un rango dinámico de +- 100 V. para ello la alimentación del circuito se realiza a +- 120 voltios. El operacional es un OPA128 por lo que el circuito resultante tiene las características de impedancia de este dispositivo que son excelentes. Los transistores Q1 a Q4 deben soportar 250 V de tension colector emisor. Q1 y Q2 son del tipo BF420 (BF422) mientras que Q3 y Q4 son BF421(BF423).




Como se puede ver la salida del operacional esta conectada a un micro amperímetro a través de una resistencia R8, el valor de esta resistencia depende de la escala de medida, de la sensibilidad y de la resistencia interna del micro amperímetro.




En mi caso he empleado un instrumento con cero en el centro lo que resulta mucho mas adecuado para esta aplicación ya que así no tenemos que preocuparnos por la polaridad. Tiene una sensibilidad de 50 micro amperios para fondo de escala. Es un instrumento de 15 cm de ancho por lo que resulta muy visible. Es caro, 30 euros, pero es muy adecuado. El conjunto R8 y el medidor puede sustituirse por cualquier polímero digital, pero no sera igual de amigable.



Electrómetro Profesional. Parte segunda.