Mediciones Con Puentes

Puentes de CC

Puente de Wheatstone

El puente de Wheatstone permite a través de una configuración sencilla de resistencias conocer de manera precisa el valor de una magnitud física cuando este es llevado a la condición de equilibrio.

Este circuito se emplea como un dispositivo para convertir temperatura, presión, sonido u otras variables físicas en señales eléctricas, que permitan su estudio y medición de manera confiable.

El puente de Wheatstone tiene cuatro ramas resistivas, una fuente de f.e.m (una batería) y un detector de cero (el galvanómetro), como se muestra en la siguiente figura. Para determinar la incógnita, el puente debe estar balanceado y ello se logra haciendo que el galvanómetro mida 0 V, de forma que no haya paso de corriente por él. Con esta condición se dice que el puente está equilibrado.

Debido a esto se cumple que:

Al lograr el equilibrio, la corriente del galvanómetro es 0, entonces:

Donde Rx es R4 (de la fig. 1), combinando las ecuaciones (1.1), (1.2) y (1.3) se obtiene:

Expresando Rx en términos de las resistencias restantes:

R3 se denomina Rama Patrón y R2 y R1 Ramas de Relación.

Errores asociados

La principal fuente de error se encuentra en los límites de las tres resistencias conocidas. Otros errores pueden ser la insensibilidad en el detector de cero, cambios en las resistencias debido a los efectos de calentamiento por la corriente, los problemas causados por las f.e.m térmicas en el circuito si se miden resistencias de valores muy bajos y por último, los errores debidos a la resistencia de contactos en la medición de valores de resistencias muy bajos.

Puente de Wheatstone para resistencias grandes.

La medición de resistencias muy altas como la de aislamiento de un cable o la fuga de un capacitor supera la capacidad del puente de Wheatstone ordinario. Como se requiere voltajes altos para obtener una sensibilidad de deflexión suficiente. La corriente de fuga se elimina mediante algún circuito de protección. Un alambre de protección, que rodea la superficie aislante de la terminal, intercepta la corriente de fuga y la regresa a la batería, evitando que entre al circuito puente. La siguiente 1 muestra la protección:

Otra forma es conectar la protección a la resistencia de tres terminales para evitar la pérdida de corriente externa al circuito puente. La alta resistencia se coloca sobre dos terminales aisladas. Los dos terminales principales se conectan a la Rx y el tercer terminal es el punto en común de las resistencias R1 y R2. Como se observa en la siguiente figura.

Puente de Kelvin o Thompson

Este instrumento está basado en el funcionamiento del Puente Wheatstone pero con una modificación, se caracteriza por ofrecer una mayor exactitud para medir el valor de resistencias muy bajas menor a 1 Ohm.

En la figura 2 se muestra el circuito de puente de hilo, representado por la resistencia Ry.

Ry representa la resistencia del alambre de conexión de R3 a Rx. Si se conecta el galvanómetro en el punto m, Ry se suma a Rx, resultando una indicación por arriba de Rx.

Cuando se conecta en el punto n, Ry se suma a la rama de R3, ya que R3 indicará más de lo real. Si el galvanómetro se conecta en el punto p, de tal forma que la razón de la resistencia de n a p y de m a p iguale la razón de los resistores R1 y R2.

La ecuación de equilibrio queda

Sustituyendo la ecuación (2.1) en la (2.2), se tiene

Operando queda

Como conclusión, la ecuación (2.4) es la ecuación de equilibrio para el puente Wheatstone y se ve que el efecto de la resistencia Ry se elimina conectando el galvanómetro en el punto p.

Puente doble de Kelvin

Debido a que la ecuación (2.1) es difícil de lograr físicamente, se agrega un segundo par juego de ramas de relación (a y b), mostrado en la figura 3.

Se conecta el galvanómetro en el punto p con el potencial apropiado entre m y n, para eliminar la resistencia Ry. La relación entre las resistencias a y b debe ser igual a la relación R1 y R2. Con esta hipótesis también se demostrará que Ry no influye en el resultado final.

El galvanómetro será cero cuando el potencial en k sea igual al potencial en p, o Ekl = Elmp, donde:

Y

Cuando se logra el equilibrio, G debe ser cero y Ekl debe ser igual a Elmp, queda:

Simplificando y operando se obtiene:

Despejando Rx y simplificando se obtiene:

Si aplicamos la condición preestablecida a/b=R1/R2 nos queda la ecuación (2.4), donde la resistencia Ry no tiene efecto en la medición.

Acoplando en forma mecánica a con R1 y b con R2, se logra medir resistencias desde1Ω hasta aproximadamente 10μΩ.

Puentes de CA

Los puentes de corriente alterna son más versátiles y en consecuencia tienen más aplicaciones que los puentes de C.C. Se usan en medidas de resistencias en C.A., inductancia, capacidad e inductancia mutua, en función de patrones conocidos y relaciones conocidas de elementos.

Puente de Maxwell

Es

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