Puente Kelvin 8f11

Introducción

Para la medición de resistencias pequeña se necesita una alta precisión, debido a que su uso puede ir desde la construcción de aparatos de medición, hasta circuitos de potencia. En estas aplicaciones, el valor de la resistencia debe ser un valor tal que, no presente notables variaciones de su valor, debido a que alguna diferencia entre valor de resistencias, causaría una diferencia también en la caída de voltaje, lo cual puede alterar el funcionamiento del circuito. La medida de resistencias menores a 1ohm presenta varios problemas que no aparecen e altas resistencias. De esta forma surge la necesidad de adaptar técnicas para poder medir cambios mínimos para que se solucione el problema de la precisión. El punto de partida para este análisis es el conocido puente de Wheastone, el cual, tras algunas variaciones se puede adaptar para la medición de valores muy pequeños de resistencias. A esta configuración se la conoce como puente de Kelvin.

Marco teórico:

Puente de Kelvin: Es una modificación del puente de Wheatstone y proporciona una mayor exactitud en resistencias de bajo valor, generalmente por debajo de 1Ω. Ry representa la resistencia del alambre de conexión entre R3 y Rx. Existen dos posibles conexiones del galvanómetro, el punto m y el punto n. Si se conecta el galvanómetro en el punto m, la resistencia de Ry se suma con Rx resultando una indicación por arriba de Rx. Cuando se conecta el galvanómetro en el punto n, la resistencia de Ry se suma con Rx dando así un valor de Rx menor que el que debería ser porque el valor real de R3 es más alto que su valor nominal debido a la resistencia de Ry Si el galvanómetro se conecta en el punto p, entre m y n, de tal forma que la razón de resistencia de n a p y de m a p iguale la razón de los resistores R1 y R2, entonces:

Puente doble de Kelvin: 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 R 1 y R2. La indicación del galvanómetro sera cero cuando el potencial en k sea igual al potencial en p, o cuando E kl = Eimp, donde.

Limitaciones El límite superior para la resistencia a medir se debe a la insensibilidad del desequilibrio, debido a los valores elevados de las resistencias, que hace alta la resistencia equivalente de Thevenin, reduciendo la corriente del galvanómetro. El límite inferior se debe a la resistencia de los alambres de conexión y a la resistencia de os de los bornes. La primera se puede calcular o medir, pero la resistencia de o es difícil de calcular y medir, por eso no se usa este puente para resistencias bajas. Es por eso que se utiliza el puente de Wheatstone para resistencias que van desde 1 hasta varios Megas. Si se considera a R1 y a R2 fijos, una batería fija E con una resistencia Re, y un galvanómetro de menor corriente discernible Ig y resistencia Rg. Ahora se puede medir distintas Rx variando R3 para satisfacer el equilibrio del puente de la ecuación (3.4). Si ahora se expresa el error x para cualquier R x si x es mucho menor de R x, y considerando A y B de acuerdo a lo siguiente: A=ReR1+ ReR2+ R1R2

y

B=Rg+ R1+ R2

Queda como el error mínimo de insensibilidad:

err=

∆Ig √ AB+ √ RRR E

Problema: Se ha de realizar una suma de temperaturas con un NTC y un PRT en un puente de Wheatstone. El PRT se encuentra a 50 ºC y el NTC al máximo de temperatura según su expresión linealizada. Ambos dispositivos tienen una resistencia de 100 W a 50 ºC y coeficiente de temperatura de 0,4%/ºC (cada uno con su signo) y coeficiente de disipación térmica de d de 1 mW/ºC, en las condiciones de medida. Se pide: 1) Diseñar el puente de continua, alimentado a tensión constante, para que el error de sensibilidad sea inferior a 5 ºC. 2) Cuál debe ser la tensión de alimentación para que el error absoluto en temperatura sea sólo de 0,05 ºC.

Bibliografía:  http://www2.fisica.unlp.edu.ar/materias/experimentos/Conductividad/Medicion%20de %20resistencias%20de%20bajo%20valor.pdf  http://es.slideshare.net/oscarivanlopezpoveda/puentes-de-medicion  https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Wheatstone