UNIVERSIDAD PRIVADA SAN PEDRO
FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
MEDIDAS ELECTRICAS TRABAJO DE INVESTIGACIÓN (PUENTE WHEATSTONE)
AUTORES • Castillo Eslava Js!s • Silva To""s Al#"t • Ro$"i%&' o"als Joa&i*
CHIMBOTE + PERU ,-./
PUENTE WHEATSTONE
.0 OBJETIVO Estudiar la aplicación del principio del puente de wheatstone para medir resistencias.
,0 1UNDAMENTO DEL PUENTE DE WHEASTSTONE El puente de wheatstone deriva su nombre del físico ingles sir charles wheatstone (1802-18!"# $uien traba%o con &ichael 'arada adem)s fue profesor del *ing college en +ondres. En un circuito puente# la disposición de las resistencias $ue lo caracteri,an# permiten de manera sencilla medir con gran precisión la magnitud de asistencias desconocidas# cuando el puente es llevado a la condición de e$uilibrio# el registro se determina con un galvanómetro de alta sensibilidad# el cual acta como dispositivo indicador. Este circuito se emplea en la ciencia la industria# como un dispositivo para convertir temperatura# presión# sonido# lu, u otras variables físicas en se/ales elctricas# $ue permitan su estudio medición de manera conable# aun$ue para medir resistencias del orden de 10 ! # el puente del wheatstone presenta limitaciones tcnicas# el avance tecnológico en el
desarrollo de dispositivo
de estado
sólido#
permite con la
instrumentación física electrónica moderna# medir resistencias hasta de 1012 con el empleo de transistores de efecto de campo.
En +a 'iguras siguientes muestran la disposición elctrica del circuito la imagen real de un puente de 3heatstone típico.
'igura 4501.circuito
'igura 4502.puente wheatstone
En la 'igura 4501 vemos $ue# 6 7 es la resistencia cuo valor $ueremos determinar# 61# 62 6 son resistencias de valores conocidos# adem)s la resistencia 62 es a%ustable. 9i la relación de las dos resistencias del bra,o conocido (61:62" es igual a la relación de las dos del bra,o desconocido (67:6"# el volta%e entre los dos puntos medios ser) nulo por tanto no circular) corriente alguna entre esos dos puntos ; <. =ara efectuar la medida lo $ue se hace es variar la resistencia 6 2 hasta alcan,ar el punto de e$uilibrio. +a detección de corriente nula se puede hacer con gran precisión mediante el voltímetro >. +a dirección de la corriente# en caso de dese$uilibrio# indica si 6 2 es demasiado alta o demasiado ba%a. El valor de la '.E.&. (E" del generador es indiferente no afecta a la medida. ;uando el puente est) construido de forma $ue 6 es igual a 62# 67 es igual a 61 en condición de e$uilibrio.(corriente nula por el galvanómetro". ?simismo# en condición de e$uilibrio siempre se cumple $ue
9i los valores de 61# 62 6 se conocen con mucha precisión# el valor de 67 puede ser determinado igualmente con precisión. =e$ue/os cambios en el valor de 67 romper)n el e$uilibrio ser)n claramente detectados por la indicación del galvanómetro.
@e forma alternativa# si los valores de 6 1# 62 6 son conocidos 6 2 no es a%ustable# la corriente $ue Aue a travs del galvanómetro puede ser utili,ada para calcular el valor de
67 siendo este procedimiento m)s r)pido $ue el a%ustar a cero la corriente a travs del medidor.
20
1ACTORES DE LOS 3UE DEPENDE LA E4ACTITUD DEL PUENTE5 +a e7actitud precisión con la $ue determinemos el valor de 67 de una resistencia con un puente de 3heatstone dependen de los siguientes factores 1. @e la e7actitud precisión de las otras tres resistencias $ue constituen el puente. 9i 67 est) dada por la e7presión
El error relativo de 67 en función de los errores relativos de las resistencias est) dada por la e7presión
2. @e los valores de las resistencias de precisión 61 6. ;uanto menores sean los valores nominales de dichas resistencias# maores ser)n las corrientes en el circuito# ser) m)s simple detectar variaciones de las mismas. . @el valor de la fuente E. ;uanto maor sea dicho valor# maores ser)n las corrientes en el circuito# por lo $ue ser) m)s simple detectar variaciones en sus valores. @ebido a las condiciones impuestas sobre la batería las resistencias# se tienen $ue reali,ar los dise/os tomando en cuenta las limitaciones de potencia de estas ltimas. B. @e la sensibilidad del galvanómetro. ;uanto maor sea dicha sensibilidad se podr) apreciar me%or la corriente ig# por lo tanto se podr)n a%ustar las resistencias con m)s precisión para $ue la corriente sea cero.
SENSIBILIDAD DEL PUENTE DE WHEATSTONE5 +a sensibilidad del puente de 3heatstone se dene como el nmero de divisiones $ue deAecta el galvanómetro cuando se produce una variación en la resistencia incógnita (67" o en la resistencia de a%uste (62".
+a sensibilidad del puente viene dada por
=ara hallar e7perimentalmente la sensibilidad del puente se produce una variación de 67# se observa el nmero de divisiones $ue deAecta el galvanómetro se calcula 9p aplicando la fórmula anterior.
DISE6O DE UN PUENTE DE WHEATSTONE5 =or lo general# cuando se va a dise/ar un puente de 3heatstone se especica para $u rango o rangos de resistencias se $uiere utili,ar. =or e%emplo# supongamos $ue $ueremos dise/ar un puente de 3heatstone con la configuración de la 'igura 450 para medir resistencias del orden de los *.
'igura 450. @ise/o de un =uente 3heatstone
El potenciómetro 6p en serie con el galvanómetro tiene como función proteger a este dispositivo mientras reali,amos los primeros a%ustes. ?l comen,ar el proceso de medición colocamos este potenciómetro de forma $ue su resistencia sea m)7ima# a medida $ue nos vamos apro7imando al valor real de la resistencia incógnita# lo vamos variando# hasta hacer $ue su resistencia sea igual a cero. +as resistencias 61 6 van a ser resistencias de precisión (tolerancia 1C o menor"# la resistencia variable 62 va a ser una dcada de resistencias de valor m)7imo 100* por e%emplo# como la presentada en la siguiente 'igura.
'igura 450B. @cada de 6esistencia
;omo nos interesa hacer mediciones de resistencias del orden de 1 * con la maor precisión posible# vamos a hacer corresponder los valores del selector ? a pasos de 1 *. Esto significa $ue cuando 67 sea 1 *# el selector ? va a estar en la posición 1 todos los dem)s en cero. =ara lograr esto# en la siguiente e7presión
+a relación 61:6 debe ser igual a 0#1. =odemos asignarle a estas resistencias los valores $ue deseemos# con tal de $ue cumplan esta relación. ;omo vimos anteriormente# es conveniente $ue estas resistencias tengan un valor nominal ba%o para ma7imi,ar la precisión del =uente. >amos a asignar a la m)s pe$ue/a de las dos (61" un valor de 10 por e%emplo# lo cual significa $ue 6 D 100 . +a tolerancia de estas resistencias debe ser lo menor posible. El valor de E debe ser lo m)s grande posible# tomando en cuenta $ue las resistencias pueden disipar como m)7imo 1:23 la dcada 62 hasta 1:B3. ;omo peor caso# podemos considerar la cone7ión directa de la resistencia de 10 a la fuente E. =ara $ue dicha resistencia disipe menos de 1:23 en estas condiciones# la fuente no debe superar los 2#2B >. En condiciones normales de operación# el volta%e aplicado a dicha resistencia ser) una fracción del volta%e de la fuente# por lo tanto su disipación de potencia ser) mucho menor.
70 BENE1ICIOS DEL PUENTE 5
&edición de resistencias @esconocidas.
@eterminar la medición de resistencias con gran E7actitud.
80 ESPECI1ICACIONES TECNICAS5 &ateriales Empleados El valor de las resistencias se puede identicar por los colores de las B bandas $ue rodean al componente# una de ellas es llamada tolerancia# es algo así como el error de fabricación.
'igura 450!.identicacion de la resistencia abla 450.abla de colores para 6esistencias
Colo"s
.9 Ci:"a
M<i;li
4egro &arrón 6o%o 4aran%a
1 2
0 1 2
0 7 10 2 7 10 7 10
?marillo >erde
B !
B !
7 10 ! 7 10
?,ul
F
F
7 10
>ioleta
7 10
Gris
8
8
7 10
H
H
7 10
@orado =lata 9in color
6esistencia de !0.
6esistencia de 1!0 .
6esistencia de 100.
1C 2C
B
0.!C
F 8 H
-1
7 10 -2 7 10
!C 10C 20C
res unidades.
6esistencia de 80 .
;ocodrilos cone7ión.
fuente a 10 v.
=otenciómetro de 1 *. =rotoboard
/0 ES3UEMA 5
'igura 450F.construccion del puente 3heatstone
'igura 450.construccion del puente 3heatstone
/0 PROCEDIMIENTO5 1. Instalar el circuito correspondiente.
8-=
.- V
.>=
.--=
'igura 450.circuito del puente 3heatstone
2. 9e reali,a las cone7iones en el =rotoboard
. =ara $ue se cumpla el puente debe de estar en e$uilibrio# el volta%e netre 61 6 debe de ser cero # para lo cual se va ba%ando gradualmente le potenciómetro # como se indican en las guras siguiente.
En la ilustracion podemos ver $ue el volta%e es ;ero por lo $ue se cumple con el puente en e$uilibrio
B. ? continuación se reali,ó la medida del volta%e de cada resistencia
6D. voltios
61D.2B voltios
62 DF.! voltios
6esistencia variable D F.B voltios
!. &edición de la corriente total del puente de 3JE?9K4E
ID8H.! m?
;orriente en I1 D F8. m?
;orriente en ID 20. m?
;orriente en I2DF8.H m?
;orriente en resistencia variable IBD 20.F m? F. &edicion de resistencias mediante multimetro valor real
6BDB1 L
62D1B8 L
6DH L
61DB L
?0 RESULTADOS5
α. El potenciómetro medido es de 1 M. lo cual la resistencia 67
tomara valor desde 0 N 67 N 1 M.
abla 450B.&edicion de las resistencias O @ato 1 @ato 2 @ato @ato B
6E9I9E4;I? =K6 E;4I;? @E ;K+K6 !0 L 1!0L 100L 1M L variable
6E9I9E4;I? =K6 &P+I&E6K B L 1B8 L H L B1L
@e las resistencias se tiene un C de error respecto de los valores medidos por el multímetro lo cual est) dada por abla 450!.&edicion de las resistencias por color multimetro 6E9I9E4;I? =K6 E;4I;? @E ;K+K6 !0 L
6E9I9E4;I? =K6 &P+I&E6K B L
1!0 L 100 L
1B8 L H L
C E66K6 0.0FC 0.01 C 0. C
@0 CONCLUSIONES5 i0 El =roblema ;entral del presente DETERMINAR LOS VALORES DE LAS
traba%o
es
RESISTENCIAS MEDIANTE EL PUENTE WHEATSTONE. ii0 +as ;ausas 'undamentales $ue originaron el problema central son -
@eterminar por un mtodo convencional la medición de resistencias.
D los <l<&los s
9e conclue $ue el e$uipo construido tiene una precisión en la medición de resistencias del 1.HC.
•
el =uente de 3heatstone mediante el circuito tiene la facilidad para calcular
resistencias.
representativos
de
ambin las
notamos
resistencias
$ue
calculadas
los
valores
son
mu
apro7imados a los valores medidos de las mismas# vericando el teorema del valor medio se logra armar $ue se comete un mínimo error.
El =uente de 3heatstone es una alternativa de medir resistencias# al no poseer un multímetro. +o cual este puente es de alta precisión.
0 RECOMENDACIONES5
α. Ktra forma de determinar si e7iste corriente circulante entre
los puntos <;# se tendría $ue utili,ar un Galvanómetro. β. =ara me%orares resultados utili,ar una fuente de maor volta%e.
.-0
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