PUENTES DE MEDIDA

Antes de iniciar el estudio de los puentes de medida, y puesto que se darán distintos métodos de medición, muy sencillos y fáciles de poner en práctica todos ellos, es conveniente indicar algo sobre las tolerancias de los componentes a emplear.

Tolerancia de los componentes

En la mayoríade los casos, la exactitud de la medida final vieja dada por la exactitud de los valores de los componentes empleados. Por tanto,.siempre que se pueda, deben elegirse componentes con tolerancias del 1 por 100 o menores. Con ello no está garantizada la exactitud del 1 por 100 en el resultado final, pues deben tenerse en cuenta los efectos de errores combinados, métodos de medida incorrectos, etc. Una cifra razonablemente baja con una selección cuidadosa puede ser de un 3-4 por 100.

Otro aspecto importante que incide sobre la exactitud de la medida es la constancia de los valores con el tiempo y otros agentes exteriores. Así, por ejemplo, es importante que el coeficiente de temperatura de.los componentes (variación del valor con la temperatura) sea lo más bajo posible, especialmente en el caso I de resistencias y potenciómetros, que pueden calentarse durante la medición.

En el caso de potenciómetros, es impórtente también una buena linealidad; esto es, que a iguales incrementos en el giro o desplazamiento del cursor, se obtengan iguales incrementos de resistencia. Las resistencias y potenciómetros de carbón o agiómeradas no son adecuadas para estos fines, ya que no suelen cumplir los requisitos mencionados. Es preferible emplear resistencias de película metálica y potenciómetros de Cermet.

Puentes

Suele darse la denominación de; a una red con cuatro ramas. Sobre dos de los vértices opuestos se aplica una tensión continua o alterna, según los casos, mientras'que entre los otros dos vértices se aplica un instrumento de medida adecuado, que puede ser un amperímetro o voltímetro, de alterna o de continua, unos auriculares, etc.

En el caso más general, las ramas, de un puente son impedancias; esto es, presentan tanto parte resistiva (óhmica pura) como reactiva (capacitiva o inductiva). De ahí que suelan denominarse. Un caso particular es aquel en que las impedancias son resistencias puras, siendo entonces conocida la configuración.

Tomando este último, por sencillez, puede deducirse que la tensión respecto de masa eh el punto A viene dadO mientras que la tensión en el punto B será: VB=Vcc'R3TR4

Si al cerrar el interruptor SI el miliamperímetro MI no acusa paso de corriente alguna es porque la diferencia de tensión entre los puntas A y B es nula; o, lo que es igual, que las tensiones de ambos puntos respecto de masa son iguales.

Si en la última ecuación son conocidos tres de los valores resistivos implicados, podrá averiguarse el valor del cuarto, con la única condición de que el puente esté en equilibrio.

Por lo general, una de las tres resistencias de -valor conocido suele sustituirse por un potenciómetro, de manera que pueda encontrarse el equilibrio variando su valor. Así, por ejemplo, si es Rl la que se hace variable, y R2, la de valor desconocido, puede ponerse: R4 RX = R1- R3 de forma que para un valor fijo del cociente R4/R3 puede tararse el cursor del potenciómetro Rl para obtener directamente valores de la resistencia desconocida R.

El punto dispuesto a masa se ha elegido para comodidad de la explicación, y sólo a efectos de referencia de tensión. El puente funciona exactamente igual si se pone la masa en cualquier otro punto, o incluso si ninguno de los puntos se toma como tal referencia. Las condiciones para el equilibrio en un puente de impedancias con tensiones alternas llevan a un resultado similar al de antes, aunque tal equilibrio implica, en general, que deben cumplirse igualdades matemáticas, una para la parte resistiva, y otra para la reactiva. Estos aspectos ya se verán detalladamente cuando llegue el caso.

Medida de resistencias

Ya sabemos que el equilibrio dé:un puente de Wheatstone se consigue cuando se cumple la relación, de la que pueden obtenerse algunas consecuencias interesantes.

La primera, es que el valor de la resistencia desconocida es proporcional al de la denominada Rl. Por tanto, si esta última se sustituye.por un potenciómetro de variación lineal, los valores a averiguar variarán también íinealmente.

La segunda consecuencia importante es que el cociente R4/R3 actúa como factor multiplicador (o divisor) del valor de Rl. Esto significa que con un único potenciómetro pueden obtenerse distintos valores de fondo de escala para la resistencia desconocida Rx.

Así, SE representa un puente de Wheatstone de relación R4/R3 variable entre 1 /10.000 y 1.000/1, según la posición del conmutador doble SI. Para un potenciómetro de lOkQ lineal, los valores de fondo de escala para Rx son los dados en la tabla 1. La figura 6 representa una escala circular aco-plable al eje del potenciómetro Rl, escala a la que debe aplicarse el factor multiplicativo de la tabla 1, según la posición de SI. Como instrumento de medida puede utilizarse un miliamperímetro de continua de 1 mA de fondo de escala. DI a D4 hacen que las desviaciones de la aguja se produzcan siempre en el mismo sentido, sea cual sea la polaridad de la corriente que circula antes de conseguir el equilibrio.

R2 evita que la corriente a través de MI sea excesiva. Al comienzo de la medida debe situarse sobre su valor máximo, para irlo disminuyendo conforme el puente se acerca a su punto de equilibrio. La batería puede ser de cualquier tensión, entre 3 y 12V, y puede conectarse en el sentido indicado en la figura 5, o en el contrario. .

Resistencias internas

En ocasiones es necesario medir resistencias que incluyen una tensión, como es el caso de la resistencia interna de una pila. Tales medidas no pueden hacerse con un óhmetrq, puesto que la tensión incluida crearía un error en la medida.

Sí pueden medirse con un puente de Wheatstone dispuesto. Obsérvese que hay batería exterior. La pila bajo medida se ha representado como un generador de continua en serie con la resistencia interna a medir (Rx). Los diodos DI a D4 y R2 tienen la misma misión que en el circuito de la figura 5. Sé puede demostrar matemáticamente que si la corriente a través del miliamperímetro MI es la misma cuando SI está abierto que cuando SI está cerrado, se cumple la relación: Rx=R1'H por lo que variando el potenciómetro Rl hasta cumplir la condición dicha, podrá averiguarse el valor de Rx.

Galvanómetros

La resistencia interna de un galvanómetro, un miliamperímetro y, en general, la de cualquier instrumento de medida, puede tambien determinarse fácilmente con un montaje en puente.

El instrumento viene representado por una resistencia (Rx) a .través de la cual circula una cierta comente. Si dicha corriente es la misma cuando SI está abierto y cuando está cerrado, se veRIfica que: ''TRX=R1-|| expresión ya familiar de la que puede deducirse Rx en función de las otras resistencias del puente. La resistencia R2 tiene por misión evitar una excesiva circulación de corriente a través del instrumento, por lo que se ajustará de forma que la aguja del mismo, en las condiciones mencionadas, no llegue al fondo de escala.

Medias de condensadores

En puentes en los que intervienen elementos reactivos es preciso sustituir la pila por un generador de corriente alterna. La frecuencia del mismo no suele ser crítica salvo en determinadas oca-

siones. En general, bastará con un generador de señal con salida de 2 a 5V eficaces, y que pueda ajustarse para frecuencias comprendidas entre 10 Hz y 100 kHz.

Como instrumento de medida puede utilizarse uno de continua dé 1 m A de fondo de escala montado en un circuito rectificador, como el de la figura 9. La resistencia de lOkQ se ajustará para evitar una excesiva corriente a través del instrumento.

Puente de Gott

Es uno de los más sencillos y se emplea para averiguar el valor de una capacidad en función de una resistencia, La configuración básica se muestra en la figura 10.

En equilibrio (corriente nula a través del medidor) se verifica la relación:

de forma que si el valor de Cl se desconoce, puede averiguarse a través de los otros elementos.

Una de las formas más sencillas es hacer que Rl y C2 sean de valores fijos, y R2 sea un potenciómetro con el que lograr el equ-librio. El valor desconocido (Cl) será, además, función lineal dE R2.