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.
Puente de Wheatstone:
I1*R1 = I2*R2
Al lograr el equilibrio, la corriente del galvanómetro es 0, entonces:
Resolviendo:
R1Rx = R2 R3
Expresando Rx en términos de las resistencias restantes:
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.
El puente Kelvin es una modificación del puente Wheatstone y proporciona un incremento en la exactitud de las resistencias de valor por debajo de 1 ohmio.
Un circuito puente de CA, en el que una
rama consta de una resistencia y una capacitancia en serie, y la contigua de
una resistencia y una capacitancia en paralelo, siendo las dos ramas restantes
puramente resistivas (figura), se usa para medida de capacitancias en términos
de resistencia y frecuencia.
Puente de Thompson (Kelvin):
El puente Kelvin es una modificación del puente Wheatstone y proporciona un incremento en la exactitud de las resistencias de valor por debajo de 1 ohmio.
Su funcionamiento es similar al puente de Wheatstone con excepción de la presencia de resistencias adicionales. Estas resistencias adicionales de bajo valor y la configuración interna del puente están dispuestos a reducir considerablemente los errores de medición introducidos por las caídas de tensión en la corriente de alta (baja resistencia) el brazo del puente.
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:
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 (7.14), donde la resistencia Ry no tiene efecto en la medición.
Aunque presenta problemas con la medición
de resistencias de valor muy pequeño, debido a la conexión entre las
resistencias, por el cable utilizado en dicha conexión, puesto que la
resistencia de estos cables puede ser del orden de 1x10^(-4) Ω,
esta es despreciable respecto a resistencias de 100 Ω
pero a valores pequeños presenta inconveniente para la medición.
Puente de Wien:
Un circuito puente de CA, en el que una
rama consta de una resistencia y una capacitancia en serie, y la contigua de
una resistencia y una capacitancia en paralelo, siendo las dos ramas restantes
puramente resistivas (figura), se usa para medida de capacitancias en términos
de resistencia y frecuencia.
En
equilibrio se aplican las siguientes ecuaciones:
Las
cuales dan lugar a las siguientes expresiones para C1 y C2:
Puente doble de Kelvin:
El
termino puente doble se usa debido a que el circuito contiene un segundo juego
de tramas de relación (figura). 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.
Ecuaciones que describen el
equilibrio de este puente:
No hay comentarios:
Publicar un comentario