Puentes de medición AC

3.2

        PUENTES DE MEDICIÓN EN AC

El puente de CA es una consecuencia del puente en CD y su forma básica consiste en un puente de cuatro ramas, una fuente de excitación y un detector de cero. La fuente de potencia suministra un voltaje de CA al puente con la frecuencia deseada. Para mediciones a bajas frecuencias, la linea de potencia puede servir como fuente de excitación; a altas frecuencias, generalmente un oscilador es el que suministra el voltaje de excitación.

La forma general de un puente de CA se presenta con la figura anterior. Las cuatro ramas del puente Z1, Z2, Z3 y Z4 se indican como impedancias sin especificar. Como en el caso del puente de Wheatstone para mediciones CD, el equilibrio en este puente de CA se alcanza cuando la respuesta del detector es cero o indica corriente nula. El ajuste para obtener una respuesta nula se hace variando una o más ramas del puente.

La ecuación general para el equilibrio del puente se obtiene utilizando la notación compleja para las impedancias del circuito del puente y es la siguiente:

I1Z1=I2Z2

Puente de Maxwell

El puente de Maxwell se utiliza para medir una inductancia desconocida en términos de una capacitancia conocida. Una de las ramas de relación tiene una resistencia y una capacitancia en paralelo; ahora se puede probar que es más fácil escribir las ecuaciones de balance usando la admitancia de la rama 1 en vez de su impedancia.

El ajuste de la ecuación general para el equilibrio del puente, también se puede expresar de la siguiente forma:

Zx= Z2Z3Y1

donde Y1 es la admitancia de la rama 1. 

Z2=R2    Z3=R3       Y1=1/R1 + jwC1

Zx= R2R3/R1

Lx=R2R3C1

donde la resistencias se expresan en ohms, las inductancias en henrios y las capacitancias en faradios.

El puente de Maxwell se limita a la medición de bobinas de Q medio (1<Q<10).

El procedimiento normal para equilibrar el puente de Mawxell es ajustar primero R3 para el equilibrio inductivo y luego ajustar R1 para el resistivo. Después al volver al ajuste de R3 se advierte que el equilibrio resistivo se ha modificado hacia un nuevo valor. Este proceso se repite y da una convergencia lenta hacia el equilibrio final. Para bobinas de Q medio, el efecto de la resistencia no es pronunciado y el equilibrio se alcanza después de pocos ajustes.

Puente de Hay

El puente de Hay difiere del de Maxwell porque tiene una resistencia R1 en serie con el capacitor patrón C1 y no en paralelo. Es evidente que para ángulos de fase grandes, R1 debe tener un valor muy bajo; por consiguiente, el puente de Hay es más conveniente para mediciones de bobinas de Q alto.

Las ecuaciones de equilibrio se derivan de la sustitución de los valores de las impedancias de las ramas del puente en la ecuación general para el equilibrio del puente.

Rx=((wC1)^2)R1R2R3/(1+(wC1R1)^2)

Lx=R2R3C1/(1+(wC1R1)^2)

Ambas expresiones para la inductancia y resistencia desconocidas contienen la velocidad angular w, y por tanto, se requiere que la frecuencia de la fuente de voltaje se deba conocer con exactitud.

Lx=R2R3C1

Puente de Schering

El puente de Schering, uno de los más importantes puente de CA, se usa ampliamente para la medición de capacitores. Aunque se utiliza para la medición de capacitancias en sentido general, es particularmente útil para la medición de algunas propiedades de aislamiento, como ángulos de fase muy cercanos a los 90°.

Las condiciones de equilibrio requieren que la suma de los ángulos de fase de las ramas 1 y 4 sea igual a la suma de los ángulos de fase de las ramas 2 y 3. Puesto que el capacitor patrón está en la rama 3, la suma de los ángulos de fase de las ramas 2 y 3 será 0° + 90° = 90°.

Las ecuaciónes de equilibrio se derivan como es habitual; por la sustitución de los valores correspondientes de impedancia y admitancia en la ecuación general, se obtiene

Zx=Z2Z3Y1

Rx=R2C1/C3

Cx=C3R1/R2

El factor de potencia(PF) de una combinación serie RC se define por el coseno del ángulo de fase del circuito. Por consiguiente, el PF de la impedancia desconocida es PF=Rx/Zx

PF=Rx/Zx=wCxRx

El factor de disipación de un circuito RC se define como la cotangente del ángulo de fase y, por tanto, será 

D=Rx/Zx=wCxRx