Puentes de medición DC

3.1

           PUENTES DE MEDICIÓN DC

Estos puentes se caracterizan porque la fuente de alimentación es de corriente continua, por ejemplo una batería de pilas y los brazos están construidos exclusivamente por resistencias. Se utilizan exclusivamente para la medida de resistencias.

Puente de Wheatstone

Los procedimientos de medición denominados puentes de medida, son los de máxima precisión y, por lo tanto, los mas empleados en laboratorios de medida y cuando se requiere una elevada exactitud.

En estos procedimientos, se determina el valor de la magnitud buscada mediante la comparación de la misma con los valores de patrones regulables de resistencias, reactancias, etc. La comparación resultara valida cuando el aparato indicador indique cero en una determinada rama del circuito de medida.

Los valores obtenidos con estos procedimientos no están afectados por los errores ni por la calibración del aparato indicador. La exactitud depende  exclusivamente de la sensibilidad del galvanómetro o de cualquier otro aparato que se utilice. La exactitud de la medida también es independiente del valor de la tensión utilizada para la medida.

El puente de Wheatstone se muestra en la figura a continuación y está constituido por cuatro resistencias, R1, R2, R3 y R4, de las cuales una de ellas es desconocida, y su valor debe determinarse.

Donde R4=(R1R3)/R2

El estado de equilibrio del puente se consigue cuando la diferencia de voltajes entre los puntos A y B es cero.

La ventaja principal de este procedimiento es que la relación entre las resistencias es siempre la misma cuando no pasa corriente por el galvanómetro, con independencia del valor de la intensidad de corriente, lo que quiere decir no sólo que este valor puede ser cualquiera, sino que puede variar durante la medición, sin influir para nada en el resultado. De aquí se deduce que, como fuentes de alimentación pueden emplearse pilas secas cualesquiera, de valor no necesariamente constante.

La operación de medición se reduce, por lo tanto, a variar los valores de las resistencias conocidas R1, R2, R3, hasta obtener el estado de equilibrio del puente.

Puente de Kelvin

El puente de Kelvin es una modificación del Wheatstone y proporciona un gran incremento en la exactitud de las mediciones de resistencias de valor bajo, por lo general inferiores a 1Ohmio. Considérese el circuito puente de la figura a continuación

donde Ry representa la resistencia del alambre de conexión de R3 a R4. Son posibles dos conexiones del galvanómetro, en el punto m o en el n. Cuando el galvanómetro se conecta en el punto m, la resistencia Ry del alambre de conexión de suma a la desconocida R4, resultando una indicación por arriba de R3. Cuando la conexión se hace en el punto n, Ry se suma a la rama del puente R3 y el resultado de la medición de R4 será menos que el que deberia ser, porque el valor real de R3 es más alto que su valor nominal debido a la resistencia Ry. Si el galvanómetro se conecta en el punto intermedio entre n y m, de tal forma que la razón de la resistencia del punto medio a n y m iguale la razón de los resistores R3 y R4, entonces esta relación va a ser igual a la relación de R1 con R2.

El valor de R4 va a estar dado por

R4=R1R3/R2

La ecuación anterior es la ecuación de equilibrio desarrollada para el puente de Wheatstone e indica que el efecto de la resistencia del alambre de conexión del punto m al punto n se elimina conectando el galvanómetro entre estos dos punto con la mayor exactitud posible. Esta es la base para la contrucción del puente de doble Kelvin, conocido como puente de Kelvin.

Puente doble Kelvin

El término puente doble se usa debido a que el circuito contiene un segundo juego de ramas de relación:

Este segundo conjunto de ramas, marcadas a y b en el diagrama, se conectan al galvanómetro en el punto p con el potencial apropiado entre m y n, lo que elimina el efecto de la resistencia Ry. Una condición establecida inicialmente es que la relación de la resistencia de a y b debe ser la misma que la relación de R1 y R2.

La indicación del galvanómetro será cero cuando el potencial en A sea igual al potencial en p.

El valor de Rx esta dado por:

Rx=R1R3/R2

La ecuación anterior es la ecuación de trabajo para el puente de Kelvin. Indica que la resistencia Ry no tiene efecto en la medición, siempre y cuando los dos conjuntos de ramas de relación tengan igual relación de resistencias.

El puente Kelvin se utiliza para medir resistencias muy bajas, de aproximadamente 1Ohmio hasta 0.00001Ohmio. El siguiente circuito muestra el diagrama del circuito simplificado de un puente de Kelvin comercial que mide resistencias de 10Ohmios a 0.00001Ohmios. En este puente, la resistencia R3 de la ecuación anterior, se representa por una resistencia patrón variable en la misma figura.

La relación R1/R2 se debe seleccionar de tal forma que una parte relativamente alta de la resistencia patrón se use en el circuito de medición. En esta forma el valor de la resistencia desconocida Rx se determina con el mayor número posible de cifras significativas, y mejora la exactitud de la medición.