2. • Introducción
• Puente de Wheatstone
• Puente de Kelvin
• Puente Doble de Kelvin
• Puente de Maxwell
• Puente de Hay
• Puente de Owen
• Puente de Schering
• Puente de Wien
3. Básicamente un puente de medición es una configuración circuital que permite
medir resistencias en forma indirecta, a través de un detector de cero. Los
puentes de corriente continua tienen el propósito de medir resistencias, de
valores desconocidos, utilizando patrones que sirven para ajustar a cero
(equilibrio del puente). La configuración puente consiste en tres mallas. Se
disponen de cuatro resistencias, entre ellas la desconocida, de una fuente de
corriente continua y su resistencia interna, y un galvanómetro. Se estudiará la
influencia de la sensibilidad del galvanómetro y de la limitación de la intensidad
de corriente en los brazos del puente, así como la exactitud del puente con
respecto al valor de la incógnita a medir. Existen algunas variantes para medir
resistencias muy altas o muy bajas.
4. Historia
El puente de Wheatstone es un circuito
inicialmente descrito en 1833 por Samuel
Hunter Christie (1784-1865), Pero fue el
Sr. Charles Wheatstone quien le dio
muchos usos cuando lo descubrió en 1843.
Como resultado este circuito lleva su
nombre.
El puente de Wheatstone es un
instrumento de gran precisión que puede
operar en corriente continua o alterna y
permite la medida tanto de resistencias
óhmicas como de sus equivalentes en
circuitos de comente alterna en los que
existen otros elementos como bobinas o
condensadores (impedancias).
5. Funcionamiento
Para determinar el valor de una resistencia
eléctrica bastaría con colocar entre sus
extremos una diferencia de potencial (V) y
medir la intensidad que pasa por ella (I),
pues de acuerdo con la ley de Ohm, R=V/I.
Sin embargo, a menudo la resistencia de
un conductor no se mantiene constante -
variando, por ejemplo, con la temperatura y
su medida precisa no es tan fácil.
Evidentemente, la sensibilidad del puente
de Wheatstone depende de los elementos
que lo componen, pero es fácil que permita
apreciar valores de resistencias con
décimas de ohmio.
6. Medición
Cuando el puente se encuentra en
equilibrio: R1 = R2 y Rx = R3 de donde R1 /
Rx = R2 / R3. En este caso la diferencia de
potencial (la tensión) es de cero "0" voltios
entre los puntos A y B, donde se ha
colocado un amperímetro, que muestra que
no pasa corriente entre los puntos A y B (0
amperios). Cuando Rx = R3, VAB = 0
voltios y la corriente = 0 amperios. Si no se
conoce el valor de Rx, se debe equilibrar el
puente variando el valor de R3. Cuando se
haya conseguido el equilibrio, Rx será igual
a R3 (Rx = R3). R3 debe ser una
resistencia variable con una carátula o
medio para obtener valores muy precisos.
Puentes de medición
7. El puente Kelvin es una modificación del
Wheatstone y proporciona un gran
incremento en la exactitud de las mediciones
de resistencias de valor bajo, y por lo general
inferiores a 1 ohm. Considérese el circuito
puente de la figura, donde Ry representa la
resistencia del alambre de conexión de R3 a
Rx . Son posibles dos conexiones del
galvanómetro, en el punto m ò en el punto n.
Cuando el galvanómetro se conecta en el
punto m, la resistencia Ry del alambre de
conexión se suma a la desconocida Rx,
resultando una indicación por arriba de Rx.
8. 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 Rx será menor
que el que debería 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 p,
entre m y n, de tal forma que la razón de
la resistencia de n a p y m a p iguale la
razón de los resistores R1 y R2, entonces.
10. El termino puente doble se usa debido a
que el circuito contiene un segundo juego
de tramas de relación figura 5-5. 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 k sea igual al
potencial en p, o cuando Ekl = Eimp, donde.
12. El puente Maxwell (o puente Maxwell-
Wien) es un circuito electrónico parecido
al puente de Wheatstone más básico, con
solo resistencias. Este puente es utilizado
para medir inductancia (con bajo factor Q).
Siguiendo las referencias de la
imagen, R1 y R4 son resistencias fijas y
conocidas. R2 y C2 son variables y sus
valores finales serán los que equilibren el
puente y servirán para calcular la
inductancia. R3 y L3 serán calculados
según el valor de los otros componentes:.
13. R3=(R1*R4)/R2
L3=R1*R4*C2
Para evitar las dificultades al precisar el
valor del condensador variable, este se
puede sustituir por uno fijo y colocar en
serie una o más resistencias variables.
La complejidad adicional de usar un
puente Maxwell sobre otros más simples
se justifica donde hay inductancia mutua o
interferencia electromagnética. Cuando el
puente esté en equilibrio la reactancia
capacitiva será igual a la reactancia
inductiva, pudiéndose determinar la
resistencia e inductancia de la carga
Puentes de medición
14. Es un circuito puente que generalmente se
utiliza para la medida de inductancia en
términos de capacitancia, resistencia y
frecuencia. Se diferencia del puente
Maxwell en que el condensador se dispone
en serie con su resistencia asociada.
La configuración de este tipo de puente
para medir inductores reales, cuyo modelo
circuito consta de una inductancia en serie
con una resistencia es la mostrada en la
Figura
15.
16.
17. Ahora bien, en el punto anterior indicamos
que esta configuración la vamos a utilizar
cuando el valor de Q sea elevado, ya que
en caso contrario es conveniente emplear
el puente de Maxwell.
Como Q=1/wC1R1, cuando Q>>l,
podemos considerar que los
denominadores tanto de Lx como de Rx
son igual a 1, sin introducir en la medición
del inductor un error mayor que el debido a
la exactitud con la que se conoce el valor
real de los otros elementos del puente.
Con esta aproximación, las fórmulas para
Lx y Rx son:
21. El puente de Schering se utiliza para la
medición de capacitores, siendo de suma
utilidad para la medición de algunas de las
propiedades de aislamiento (tgδ) , con ángulos
de fase muy cercanos a 90 .
En la figura, se muestra el circuito típico del
puente Schering, nótese que la rama patrón
(rama 3) solo contiene un capacitor. Por lo
general, el capacitor patrón es de mica de alta
calidad para las mediciones generales de
capacidad, o puede ser de un capacitor de aire
para mediciones de aislamiento. Los
capacitores de mica de buena calidad, poseen
pérdidas muy bajas y por consiguiente un
ángulo aproximado de 90 , en cambio un
capacitor de aire tiene un valor muy estable y
un campo eléctrico muy pequeño, por lo tanto
el material aislante se puede conservar fuera
de cualquier campo fuerte.
22. Puesto que el capacitor patrón está en la rama 3,
las sumas de los ángulos de fase de las ramas 2 y
3 será 0 + 90 = 90 , para cumplir con la
ecuación de equilibrio, se necesita que los
ángulos de fase de las ramas 1 y 4 sea de 90 . La
conexión en paralelo del capacitor C1 con el
resistor R1 proporciona a la rama 1 un ángulo de
fase pequeño, ya que en general la medición
desconocida Zx posee un ángulo de fase menor
de 90 . Planteando la ecuación general de
equilibrio de los puentes de CA.
Z1Z4 = Z2Z3 (1)
Aplicando la ecuación (7.45) al circuito de la
Figura
Zx = Z2Z3Y1 (2)
25. • 'Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de Medición' de W.
Cooper. Editorial Prentice Hall 1982.
• 'Análisis de medidas eléctricas' de E. Frank, Editorial Mc Graw Hill 1969
• http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas11-A.htm
• Medidas Electrónicas I, Medición de resistencias por métodos de ceros,
http://electroraggio.com/fs_files/user_img/mediciones/kelvin.pdf
