INFORME Nº 02EL PUENTE DE WHEATSTONE PARA LA MEDICION DE

RESISTENCIAS

I. OBJETIVO:Analizar en forma experimental el principio de funcionamiento del puente de WHEATSTONE en régimen de corriente continua. El alumno conocerá el funcionamiento y la aplicación del puente de WHEATSTONE. El puente de WHEATSTONE es un dispositivo que nos sirve para evaluar resistencias de valor no conocido en base a otras tres cuyo valor si son conocidas.

II. MARCO TEORICO

El puente de WHEATSTONE es el primer tipo de puente de medida que se utilizo y es también el de uso más frecuente. Es un puente de corriente continua que se utiliza para medir resistencias de valor medio y que fue ideado por S. H. Christie el año 1833 e introducido por C. Wheatstone en 1843. El esquema de conexión se puede ver en la Figura 7.1. En el capítulo de introducción se puede encontrar los aspectos generales del funcionamiento de los puentes, tanto de los de corriente continua como de los de corriente alterna.

+

_

Cuando Ig= 0, se dice que el puente esta en equilibrio, por lo que Rx se puede medir. En estas condiciones. Vab = 0Entonces Va = Vb Donde el valor de Rx, se obtendrá cuando el puente este equilibrado, es decir que la corriente que pasa por el galvanómetro es cero, entonces Rx será igual a:

Variando el valor de una de las tres resistencias conocidas, el puente se puede ajustar a cualquier valor de la resistencia desconocida, que se calcula a partir de los valores de las otras resistencias. Se emplean puentes de este tipo para medir la inductancia y la capacitancia de los componentes de un circuito. Para ello se sustituyen las resistencias por inductancias y capacitancias conocidas. Estos puentes se suelen denominar puentes de corriente alterna porque se utilizan fuentes de corriente alterna en lugar………

V

III. ELEMENTOS A UTILIZAR

08 Resistencias distintas 01 puente de wheatstone 01 Multímetros digital 04 Resistencias variables de 44 ohmios, 4.4 A 01 Variac monofásico 01 Puente de diodos 01 Galvanómetro Conductores de conduccion

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALFUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE PUENTE DE WHEATSTONEa) Se comprobara el funcionamiento del puente de wheatstone, armando el siguiente circuito

para medir distintas resistencias, de manera de apreciar el uso y funcionamiento del instrumento.

b) La fuente de tensión se calibra a 10 V, R1 será 15 ohmios y R2 será 30 ohmios valores constantes para toda las mediciones, el valor de R3 se irá variando hasta equilibrar el puente, es decir que el galvanómetro marque cero exacto.

c) Se medirá 08 resistencias de valores aleatorios RX, completándose la siguiente tabla.R1 = 15.2 Ω R2 = 30.5 Ω Medida con puente casero

Tabla 1

Nro.Teórico RX (Ω)

Medida con ohmímetro RX

Teórico R3 (Ω)

Experimental R3 (Ω)

Teórico V (v)

Experimental V (V)

01 10.0 10.6 5.0 5.1 10.0 8.1

02 15.0 14.8 7.5 7.4 10.0 8.1

03 20.0 20.3 10.0 10.0 10.0 8.3

04 25.0 25.2 12.5 11.7 10.0 8.3

05 30.0 30.1 15.0 15.2 10.0 8.3

06 35.0 35.3 17.5 17.5 10.0 8.3

07 40.0 40.2 20.0 19.3 10.0 8.3

Promedio 25 25.2 12.5 12.3 10 8.24

V. CUESTIONARIO:

1. Hacer una tabla de valores dando los errores absolutos y relativos porcentuales con respecto a cada medición. En forma tabulada dar la divergencia o diferencia de valor teórico y experimentales, indicando el error absoluto (valor teórico – valor experimental) y relativo porcentual. ((valor teórico – valor experimental)/ valor teórico)

Teórico RX (Ω)

Medida con ohmímetro RX

Teórico R3 (Ω)

Experimental R3 (Ω)

Promedio 25.5 25.2 12.5 12.3

Ɛ 0.3 0.2

δ (%) 1.18 % 1.6 %

Para RX (Ω) Error absoluto (Ɛ) Error relativo (δ)

Ɛ = MTeorica – Mpractico δ (%) = ( MTeorica – Mpractico) x100 MTeorica Ɛ = 25.5 – 25.2 δ (%) = 1.18 % Ɛ = 0.3

2. Explique el principio de funcionamiento del puente de wheatstone

La medición está basada en la aplicación de la conexión puente representada en la Figura1. Las resistencias Rx y R3 se encuentran en uno de los brazos, R1 y R2 en el otro; estas últimas están constituidas por unas determinadas longitudes de cable especial, constatan, por ejemplo. Se desplaza un cursor sobre estos cables hasta que el galvanómetro señale 0, lo cual indica que no hay ninguna intensidad en el puente A-B.

Se tienen entonces las siguientes razones:

IG = 0

VAB = 0

VA = VB

Comparando (a) y (b)

De donde

De donde

3. Explique el procedimiento correcto para la medición de una resistencia, con el instrumento Puente de Wheatstone. dibuje el esquema de conexión.

Realizando varias mediciones obtenemos ciertos datos a eso se le saca el promedio y luego se calcula el error absoluto y error relativo de esa forma obtendremos una buena medición.

4. Explique el procedimiento correcto para la medición de una resistencia, con el instrumento Ohmímetro. dibuje el esquema de conexión.

En la práctica no se uso un ohmímetro.

Principios de los ohmimetros. Medida de resistencia a cuatro hilos (Método kelvin)

Supongamos que queremos medir la resistencia de un componente localizado a una distancia significativa del óhmetro. Se trata de una situación complicada pues el óhmetro / Ohmímetro mide TODA la resistencia del circuito, lo cual incluye la resistencia de los cables (Rwire) de conexión y la resistencia objeto (Rsubject):

Normalmente la resistencia de los cables es muy baja (tan sólo unos pocos ohmios por cientos de metros de cable, dependiendo de la sección del cable) pero si los cables de conexión son muy largos, o (Rsubject) tiene un valor bajo el error que introducirán los cables de conexión será sustancial.

Un método ingenioso de medida del valor de la resistencia en casos como el anterior implica el uso tanto de un voltímetro como de un amperímetro. Sabemos por la ley de Ohm que la

resistencia es el cociente entre tensión y corriente ( ). De este modo deberemos ser capaces de determinar la resistencia si medimos la corriente que lo atraviesa y la caída de potencial:

La corriente es la misma en todos los puntos del circuito puesto que todos los elementos están en serie. Puesto que tan sólo estamos midiendo la caída de tensión en el objeto medido (y no las resistencias de los cables) la resistencia calculada es indicativa del valor real de la resistencia (Rsubject).

Nuestro objetivo, sin embargo, es el de medir la resistencia a una distancia, de manera que nuestro voltímetro debe estar de alguna forma ubicado cerca del amperímetro, esto es,

conectado a (Rsubject) por medio de cables los cuales tienen una resistencia.

5. ¿Qué otros tipo de puentes de medición existen de corriente continua? EXPLIQUE CADA UNO.

Puente de Resonancia: es una forma derivada del puente de resistencias. Tiene todos los elementos reactivos en una rama y se ajustan por resonancia serie. Este puente puede usarse para: medir frecuencia en función de inductancia y capacidad; capacidad en función de frecuencia e inductancia variable; inductancia en función de frecuencia y capacidad variable.

Puente de Maxwell: compara una inductancia con un capacitor. Este puente es muy adecuado para medir inductancia en función de la capacidad, dado que los capacitores ordinarios están mucho más cerca de ser patrones de reactancia sin pérdidas, que los inductores. Además la ecuación de equilibrio del puente de Maxwell para la componente inductiva es independiente de las perdidas asociadas con la inductancia y también de la frecuencia con que se mide.Este puente es conveniente para la medición de inductancias de cualquier magnitud, siempre que el de la misma no sea muy elevado a la frecuencia de medición.

Puente de Hay: Compara inductancia con capacidad. Difiere del puente de Maxwell en que la resistencia asociada al capacitor patrón esta en serie. Un inconveniente de este puente es que el equilibrio reactivo depende de las pérdidas (o del Q) de la inductancia y de la frecuencia, a menos que el sea absolutamente independiente de la frecuencia.

6. ¿Por qué otros tipos de puentes de medición existen de corriente alterna? EXPLIQUE CADA UNO.

Puente de Sauty: es un puente para medir capacidad en función de capacidad, considera capacidades ideales (sin perdidas).

Puente de Wien: usa el mismo esquema que el anterior pero el capacitor incógnita (por ejemplo C1) es un capacitor imperfecto con perdidas por lo que para poder equilibrar el puente hay que agregar una resistencia variable a la otra rama capacitiva.

Puente de Schering: Se usa mucho para medir capacidad y el factor de potencia de los capacitores. Se lo puede considerar como una modificación del puente de relación de resistencias en la que la resistencia de perdida R4 del capacitor que se ensaya C4 se equilibra por el capacitor variable más bien que con el patrón de capacidad. El del capacitor en ensayo queda determinado por la frecuencia y el valor de la capacidad C3 que se necesita para lograr el equilibrio. En consecuencia para una frecuencia dada ella escala del C3 puede calibrarse en valores de D =1/Q del capacitor ensayado. La precisión con que se mide D es muy buena aun cuando la magnitud sea pequeña.

7. ¿Por qué es necesario utilizar una fuente externa cuando los valores a medir son superiores a 10 k Ω?

Cuando son superiores los valores de resistencias (como indica 10 K Ω) será necesariamente usar puentes (como el puente de wheatstone) porque un multímetro no podrá medirlos, un multímetro simple marcara cero para esos rangos de resistencias, es por eso que se usan los puentes de diferentes tipos.

8. ¿Qué instrumento nos permite conocer el valor de las resistencias?

Amperímetro

0.5 Voltímetro

0.5

Amperímetro como galvanómetro

3

0.5

Multímetros

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUCIONES:

En definitiva, se pudo observar la facilidad que nos da un circuito como el Puente de Wheatstone para calcular resistencias. También notamos que los valores representativos de las resistencias calculadas son muy aproximados a los valores medidos de las mismas. Por último pudimos calcular la resistencia Rx ya que los otros factores que influyen en el cálculo de la misma son datos constantes.

Los instrumentos que usamos no son relativamente precisos y exactos el instrumento que usamos como galvanómetro fue un amperímetro haciendo cumplir como galvanómetro

VII. BIBLIOGRAFIA: