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Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería. Ingeniería Electrónica Curso de Instrumentación y Mediciones

Act No. 10. Trabajo Colaborativo 2

Tutora: Ing. Gabriela Inés Leguizamón

Jefferson Ortiz González Código: 1.110.494.914

Mayo 21 de 2014 Bogotá D.C

Introducción

En el presente trabajo se estudiaran los diferentes puentes de medición tales como Wheatstone, Kelvin, Hay y Schering, así mismo se realizará el análisis y simulación de los mismos en el software proteus 8, de igual forma se evidencia el error teórico con el practico medido con el multímetro digital y con el código de colores de las resistencias.

Objetivos



Conocer funcionamiento de diferentes puentes de medición y sus aplicaciones



Implementar los diferentes puentes de medición y conocer sus características prácticas.



Analizar las desviaciones de los resultados de las mediciones.

Marco teórico

Puente de Wheatstone Es un instrumento de gran precisión que puede operar en corriente continua o alterna y permite la medida tanto de resistencias óhmicas como de sus equivalentes en circuitos de comente alterna en los que existen otros elementos como bobinas o condensadores (impedancias).

Funcionamiento Para determinar el valor de una resistencia eléctrica bastaría con colocar entre sus extremos una diferencia de potencial (V) y medir la intensidad que pasa por ella (I), pues de acuerdo con la ley de Ohm, R=V/I. Sin embargo, a menudo la resistencia de un conductor no se mantiene constante -variando, por ejemplo, con la temperatura y su medida precisa no es tan fácil. Evidentemente, la sensibilidad del puente de Wheatstone depende de los elementos que lo componen, pero es fácil que permita apreciar valores de resistencias con décimas de ohmio.

Medición Cuando el puente se encuentra en equilibrio: R1 = R2 y Rx = R3 de donde R1 / Rx = R2 / R3. En este caso la diferencia de potencial (la tensión) es de cero "0" voltios entre los puntos A y B, donde se ha colocado un amperímetro, que muestra que no pasa corriente entre los puntos A y B (0 amperios). Cuando Rx = R3, VAB = 0 voltios y la corriente = 0 amperios. Si no se conoce el valor de Rx, se debe equilibrar el puente variando el valor de R3. Cuando se haya conseguido el equilibrio, Rx será igual a R3 (Rx = R3). R3 debe ser una resistencia variable con una carátula o medio para obtener valores muy precisos.

Ejemplo: Si R1 y R2= 1 KΩ (Kilohmio) y R3 = 5 KΩ, Rx deberá de 5 KΩ para lograr que el voltaje entre A y B (VAB) sea cero (corriente igual a cero) Así, basta conectar una resistencia desconocida (Rx) y empezar a variar R3 hasta que la corriente entre A y B sea cero. Cuando esto suceda, el valor de RX será igual al valor de R3 Usos Muchos instrumentos llevan un puente de Wheatstone incorporado, como por ejemplo medidores de presión (manómetros) en tecnología de vacío, circuitos resonantes (LCR) para detectar fenómenos como la resonancia paramagnética, etc.

Puente Kelvin. El puente Kelvin es una modificación del Wheatstone y proporciona un gran incremento en la exactitud de las mediciones de resistencas de valor bajo, y por lo general inferiores a 1 ohm. Considérese el circuito puente de la figura 5-4, donde Ry representa la resistencia del alambre de conexión de R3 a Rx . Son posibles dos conexiones del galvanómetro, en el punto m ò en el punto n. Cuando el galvanometro se conecta en el punto m, la resistencia Ry del alambre de conexión se suma a la desconocida Rx, resultando una indicación por arriba de Rx. Cuando la conexión se hace en el punto n, Ry se suma a la rama del puente R3 y el resultado de la mediciòn de Rx será menor que el que deberìa ser, porque el valor real de R3 es más alto que su valor nominal debido a la resistencia Ry. Si el galvanómetro se conecta en el punto p, entre m y n, de tal forma que la razón de la resistencia de n a p y m a p iguale la razón de los resistores R1 y R2, entonces.

Puente de Hay Este puente puede verse como una modificación del puente de Maxwell utilizado también para medir capacitancias e inductancias. En el caso de medir inductancias, lo que se hace es comparar una capacitancia conocida con la inductancia desconocida. Se diferencia del circuito de Maxwell porque en este caso la resistencia asociada al capacitor se conecta en serie. En este caso el circuito utilizado es el siguiente:

Se puede establecer la siguiente relación cuando el circuito esta balanceado:

Despejando Zx e igualando los términos semejantes:

Si lo que se desea medir son capacitancias, el circuito utilizado es el siguiente:

Si el puente esta balanceado:

Y de esta manera, igualando los términos semejantes:

Puente de Schering Este puente se utiliza para medir capacitancias, permitiendo además la medición de algunas propiedades de aislamiento. El circuito de un puente de Schering básico es el siguiente:

El capacitor C3 sirve como referencia para la medición de Cx. Si se utiliza un capacitor de mica de alta calidad se pueden realizar mediciones de capacitancias, pero si se utiliza un capacitor de aire se pueden realizar mediciones de las caracteristicas de aislamiento de los capacitores. Cuando el puente esta balanceado:

Al igualar los términos semejantes:

Utilizando el puente de Schering también se puede medir el factor de potencia (PF) de los capacitores, el cual se determina de la siguiente manera:

Componente practico

Material Requerido 1- Galvanometro De D’arsonval 2- Fuente De Poder 3- Protoboard 4- Resistencias Varias 5- Multímetro Digital

Realización De La Práctica 1. Diseñar e implementar Puente de Wheatstone; realice la medición de resistencias de 100Ω, 1KΩ, 10KΩ, 100KΩ; compare los resultados de la medición con el valor obtenido al medirse con multímetro digital y con el código de colores, analice las principales fuente de error en la medición.

RESISTENCIA 10KΩ 100KΩ 1KΩ 1KΩ (Variable) 1KΩ (Variable) 1KΩ (Variable)

VALOR MULTIMETRO 9.85 99.7 0.98 0.91 al 100% 0.52 al 55% 0.15 al 15%

PORCENTAJE DE ERROR

Diseñar e implementar Puente de Kelvin; realice la medición de resistencias de pequeño valor (inferior a 10Ω); compare los resultados de la medición con el valor obtenido al medirse con multímetro digital y con el código de colores, analice las principales fuente de error en la medición. 2.

Con los siguientes valores: Fuente de alimentación de 10v, V= 10V VP=3.33V RP=3.99Ω IRX=0.833 Y la incógnita que deseamos encontrar es RX.

Pero igualmente tenemos: RXS= 7.98Ω VR2= 5V I= 39.7 mA VR4= 6.985 V R4= 231.67Ω que es igual a RX.

3. Diseñar e implementar Puente Maxwell; realice la medición de resistencias de 2 inductancias que posean un Q de bajo valor; (Q menor de 10).

La ecuación en la condición de equilibrio es:

Q= wR1C1 Entonces reemplazando: Q= 2π(100Hz)(10kΩ)(10nf) Q= 6.28 F= 100 Hz C= 100 nf R= 10kΩ El circuito se estabiliza con el potenciómetro 1 a 49% con 122.5Ω y el segundo potenciómetro a 50% con 125 Ω.Con estos sabemos que: Rx= 10.204 kΩ Lx= 125 mH Q=6.28 Ω.

4. Diseñar e implementar Puente Hay; realice la medición de resistencias de 2 inductancias que posean un Q de valor alto; (Q mayor de 10).

La ecuación balance para este puente es:

Que simplificado quedaría de la siguiente manera:

Lo cual podríamos reemplazar asi:

Con los siguientes parámetros tenemos: Rx= 39.47 Lx= C1R2R3 Lx= 100 mHz

5. Diseñar e implementar un Puente Shering, realice la medición de 3 condensadores, compare su valor son el valor nominal y analice las fuentes de error en la medición.

La ecuación de equilibrio:

Conociendo los siguientes parámetros: R2= 470 Ω R1= 10 kΩ C1= 10 mf C3= 500 nf Entonces tenemos: Rx= 9400 Ω Cx= 10.63 mf

Conclusiones



Fue posible conocer el funcionamiento de diferentes puentes de medición y sus aplicaciones.



Fue posible implementar diferentes puentes de medición y conocer sus características prácticas.



Fue posible hacer uso del software Proteus 8 para la simulación y análisis de los diferentes puentes.



El puente de Wheatstone es una ayuda para comprender el funcionamiento de las PT100 que se utilizan en instrumentación.



El puente de Kelvin sirve para medir pequeñas resistencias porque se tiene el valor de la resistencia que se tiene en los cables de conexión.



El puente de maxwell es de gran utilidad para analizar circuitos con inductancias y capacitancias.

Bibliografía

Módulo de instrumentación y mediciones. Programa de Ingeniería Electrónica. CEAD José Acevedo y Gómez. Universidad Nacional Abierta y a Distancia.

Puente de Schering. Recuperado el 13 de mayo de 2013. http://julianvegainstru1.blogspot.com/2013/05/puente-de-schering.html. Instrumentación Electrónica. Puente de wheatstone. Recuperado el 20 de http://www.ecured.cu/index.php/Puente_de_Wheatstone.Ecured.

mayo

de

2014.

Puente de kelvin. Recuperado el 20 de mayo de http://elimperioelectricista.wikispaces.com/file/view/Puente+Kelvin.docx. El electricista.

2014. imperio

Puente de Hay. Recuperado el 20 de mayo de http://electroraggio.com/fs_files/user_img/mediciones/hay.pdf. Medidas Electrónicas I.

El resistor. Recuperado el 20 de mayo http://galia.fc.uaslp.mx/~medellin/Applets/resistores/resistor.htm

Resistencias. Recuperado el 20 de http://fresno.pntic.mec.es/~fagl0000/clasificacion.htm

mayo

de

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