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• Juan Carlos Mendoza Lima

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Universidad Nacional de San Agustín F a c ul ta d d e I ng e ni e rí a de Pro d uc c i ó n y S e rv i ci o s Escuela Profesional de Ingeniería Eléctrica

Curso: Laboratorio de Circuitos I GUIA DE LABORATORIO Nº 1 Uso del Puente de Resistencias (Wheatstone) Presentado por:  Mendoza Lima Juan Carlos

20100686

AREQUIPA - PERU

2016

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA – LAB. DE CIRCUITOS I

2. Fundamento Teórico: Los procedimientos de medición denominados métodos de cero, o también, puentes de medida, son los de máxima precisión y, por lo tanto, los más empleados en laboratorios de medida y cuando se requiere una elevada exactitud. Los puentes de medición se usan en laboratorios de metrología, en departamentos de control de calidad y servicios de mantenimiento especializados para chequeo y calibración de instrumentos de control de procesos, controladores de procesos industriales, relés de control, cuyos componentes tales como resistores, condensadores, bobinas, sondas, partes RL, RC, potenciómetros etc. El circuito utilizado en estos métodos de medida es un cuadripolo con dos bornes de entrada y dos bornes de salida que recibe el nombre de puente. En los bornes de entrada se conecta la fuente de alimentación y en los bornes de salida el instrumento medidor o indicador de cero, el cual ha de ser muy sensible.  Puente de Wheatstone El puente de hilo o también (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 corriente alterna en los que existen otros elementos como bobinas o condensadores (impedancias). Muchos equipos tienen un puente de wheatestone incorporado, como por ejemplo medidores de presión (manómetros) en tecnología de vacío, circuitos resonantes (LCR) para detectar fenómenos como la resonancia paramagnética, etc. El puente de Wheatstone se muestra en la figura 2 y está constituido por cuatro resistencias R1, R2, R3 y RX, de la cual Rx es desconocida y su valor debe de terminarse, teniendo en cuenta la siguiente igualdad. R1*R3=R2*Rx

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 Puente Kelvin El puente Kelvin es una modificación del Wheatstone y proporciona un gran incremento en la exactitud de las mediciones de resistencias de valor bajo, y por lo general inferiores a 1 ohm. Considérese el circuito puente de la figura 54, 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 galvanómetro se conecta en el punto m, la resistencia R y 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 medición de Rx será menor que el que debería 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.

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 Puente Doble 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 R1 y R2. La indicación del galvanómetro será cero cuando el potencial en k sea igual al potencial en p, o cuando Ekl = Eimp

4. Procedimiento de Ejecución:

 Medición de las Resistencias mediante el Multímetro: Con la ayuda del Multímetro, se realizó la medición de las resistencias de los reóstatos, dando los siguientes valores: 𝑅1 = 20.1 Ω 𝑅2 = 50 Ω

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 Medición de las Resistencias de forma indirecta mediante la Ley de Ohm: Aplicando la ley de Ohm V = I*R y regulando la fuente de alimentación a V = 10 v, se tuvieron los siguientes valores de la corriente en las resistencias: 𝐼1 = 0.51 𝐴 =>

𝐼2 = 0.20 𝐴 =>

𝑅1 =

10 = 19.61 Ω 0.51

𝑅2 =

10 = 50 Ω 0.20

 Medición de las Resistencias mediante el puente del Laboratorio Con la ayuda del puente Doble de Kelvin del Laboratorio se obtuvieron los siguientes valores: 

𝑅1 = 19.46 Ω , 𝑅𝐶 = 0.10 Ω (𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠)

Por tanto el valor real de 𝑅1 = 19.46 − 2(0.10) = 19.26 Ω 

𝑅2 = 50.63 Ω , 𝑅𝐶 = 0.10 Ω (𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠)

Por tanto el valor real de 𝑅2 = 50.63 − 2(0.10) = 50.43 Ω Comparación de Resultados:  Valores mediante Ley de Ohm vs Valores del Multímetro R1 R2

Ley de Ohm 19.61 Ω 50 Ω

Multímetro 20.1 Ω 50 Ω

Error 0.49 Ω 0Ω

 Valores mediante Ley de Ohm vs Valores mediante el Puente R1 R2

Ley de Ohm 19.61 Ω 50 Ω

Puente 19.26 Ω 50.43 Ω

Error 0.10 Ω 0.43 Ω

 Valores mediante el Puente vs Valores del Multímetro R1 R2

Puente 19.26 Ω 50.43 Ω

Multímetro 20.1 Ω 50 Ω

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Error 0.50 Ω 0.43 Ω

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5. Cuestionario: 5.1. Aplicando la teoría de mallas, Describa y explique el principio de funcionamiento del circuito puente utilizado. La siguiente imagen muestra el diagrama de un puente de Wheatstone:

Al ser un circuito netamente resistivo, conociendo el voltaje de alimentación y el valor de tres (3) de las resistencias conectadas es posible determinar el valor de la resistencia desconocida Rx utilizando análisis de nodos:

Si elegimos resistencias iguales, o sea si hacemos R1=R2=R3, el voltaje de salida será:

Si el voltaje de salida del puente es cero voltios se dice que el puente esta balanceado, y en este caso se puede establecer la siguiente relación entre los valores de las resistencias:

Conociendo los valores de R1,R2 y R3, se puede calcular un valor de Rx para el cual el puente se encuentre balanceado o equilibrado:

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5.2 ¿Qué limitaciones tiene la aplicación del puente de resistencias? 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 galvanometro. El límite inferior se debe a la resistencia de los alambres de conexión y a la resistencia de contactos de los bornes. La primera se puede calcular o medir, pero la resistencia de contacto 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. 5.3. ¿Si aplicamos el circuito puente para medir resistencias de aislamiento de una máquina, cómo debo interpretar los valores registrados? Las resistencias de aislamiento de una maquina generalmente se encuentra alrededor de 10 Mega Ohms, por tanto los valores que obtengamos de un puente de Wheatstone no serán los más exactos ya que éstos por lo general miden resistencias pequeñas. 5.4 ¿Si queremos medir la resistencia de un conductor eléctrico y no disponemos de un circuito puente de resistencias como puedo determinar el valor de resistencia del conductor? Explicar la forma práctica de evaluar la resistencia. Por lo tanto, la resistencia eléctrica de un conductor depende de la naturaleza del material, de su longitud y de su sección, además de la temperatura. A mayor longitud, mayor resistencia. A mayor sección, menos resistencia. A mayor temperatura, mayor resistencia. Para calcular el valor de la resistencia que ofrece un material específico, con largo y grosor definidos, se aplica a fórmula

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5.5 ¿Por qué se deben usar los terminales proporcionados por fabricante y no otros para realizar las mediciones con el puente de resistencias? Se usan los terminales del fabricante ya que la resistencia de estos cables ya es conocida por el dispositivo y no es tomada en cuenta al momento del dar el resultado, si usáramos otras terminales la resistencias de estos cables no serían las mismas, lo que nos daría un pequeño error en el resultado final.

6. Observaciones y Conclusiones  La forma más rápida de medir una resistencia es mediante el multímetro.  Si queremos hallar la resistencia mediante la ley de ohm debemos fijarnos en que las mediciones de corriente y voltaje sea lo más exactos posibles.  El puente de resistencia nos brinda un valor mucho más aproximado de la resistencia que los otros métodos.  Es importante medir la resistencia de los cables usados en la medición, para tener un valor más exacto de una resistencia.  Los diferentes métodos de medición de la resistencia dependen de cuanta exactitud necesitemos de la resistencia.  Los errores obtenidos en las mediciones son menores a 1 ohm, por tanto para resistencias muy grandes, este error es insignificante.

7. Bibliografía http://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/Puente%20de%20Wheatstone.pdf http://www.uco.es/grupos/giie/cirweb/practicas/electrotecnia/etprat-4.pdf http://julianvegainstru1.blogspot.pe/2013/05/puente-de-wheatstone.html http://ingdkmero.blogspot.pe/2012/11/3-medicion-con-puentes.html

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