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• Luis Alfredo Jordan

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Puente de Wheatstone Puente de hilo o puente de wheatstone es un instrumento de gran precisión que puede operar en corriente continua o alterna y permite las mediciones tanto resistencias óhmicas como de sus equivalentes en circuitos de corrientes alternas en los que existen otros elementos como bobinas o condensadores (impedancias). Muchos instrumentos llevan un puente de wheatstone incorporado, como por ejemplo medidores de presión (manómetros) en tecnologías de vacío, circuitos resonantes (LCR) para detectar fenómenos como resonancias paramagnética, etc. El error de medición Se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. Afectan a cualquier instrumento de medición y pueden deberse a distintas causas. Las que se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar mediante calibraciones y compensaciones, se denominan determinísticos o sistemáticos y se relacionan con la exactitud de las mediciones. Los que no se pueden prever, pues dependen de causas desconocidas, o estocásticas se denominan aleatorios y están relacionados con la precisión del instrumento. En este artículo vamos a comentar los principales errores de medición y sus fuentes. Tipos de errores de medición Atendiendo a su naturaleza los errores cometidos en una medición admiten una clasificación en dos grandes vertientes: errores aleatorios y errores sistemáticos. 

Error aleatorio. No se conocen las leyes o mecanismos que lo causan por su excesiva complejidad o por su pequeña influencia en el resultado final. Para conocer este tipo de errores primero debemos de realizar un muestreo de medidas. Con los datos de las sucesivas medidas podemos calcular su media y la desviación típica muestra. Con estos parámetros se puede obtener la normal característica, N [μ, s], y la podemos acotar para un nivel de confianza dado. Las medidas entran dentro de la campana con unos márgenes determinados para un nivel de confianza que suele establecerse entre el 95% y el 98%. 

Error sistemático. Permanecen constantes en valor absoluto y en el signo al medir una magnitud en las mismas condiciones, y se conocen las leyes que lo causan.

Para determinar un error sistemático se deben de realizar una serie de medidas sobre una magnitud Xo, se debe de calcular la media aritmética de

estas medidas y después hallar la diferencia entre la media y la magnitud X0. Error sistemático = | media - X0 | Causas de error de medición Aunque es imposible conocer todas las causas del error es conveniente conocer todas las causas importantes y tener una idea que permita evaluar los errores mas frecuentes. Las principales causas que producen errores se pueden clasificar en:    

Error debido al instrumento de medida. Error debido al operador. Error debido a los factores ambientales. Error debido a las tolerancias geométricas de la propia pieza. Errores debidos a las tolerancias geométricas de la propia pieza Las superficies geométricas reales de una pieza implicada en la medición de una cota deben presentar unas variaciones aceptables. 

 

Errores de deformación. La pieza puede estar sometida a fuerzas en el momento de la medición por debajo del elástico tomando cierta deformación que desaparece cuando cesa la fuerza. Errores de forma. Se puede estar midiendo un cilindro cuya forma aparentemente circular en su sección presente cierta forma oval. Errores de estabilización o envejecimiento. Estas deformaciones provienen del cambio en la estructura interna del material. El temple, es decir, su enfriamiento rápido, permite que la fase austenítica se transforme a fase martensítica, estable a temperatura ambiente. Estos cambios de geometría son muy poco conocidos pero igualmente tienen un impacto importante.

SENSIBILIDAD DEL PUENTE DE WHEATSTONE. La sensibilidad del puente de Wheatstone se define como el número de divisiones que deflecta el galvanómetro cuando se produce una variación en la resistencia incógnita (Rx) o en la resistencia de ajuste (R2).

La sensibilidad del puente viene dada por:

Para hallar experimentalmente la sensibilidad del puente se produce una variación de Rx, se observa el número de divisiones que deflecta el galvanómetro y se calcula Sp aplicando la fórmula anterior.

Una aplicación muy interesante del puente Wheatstone En la industria es como sensor de temperatura, presión, etc. (dispositivos que varían el valor de su resistencia de acuerdo a la variación de las variables antes mencionadas). Es en el amperímetro donde se ve el nivel o grado de desbalance o diferencia que hay entre el valor normal a medir y la medida real. También se utiliza en los sistemas de distribución de energía eléctrica donde se lo utiliza para detectar roturas o fallas en las líneas de distribución

Puente doble de Kelvin El circuito de este puente, que se muestra en la Figura 5, contiene un segundo juego de ramas de relación. Este conjunto de ramas llamadas a y b en el esquemático, 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. El galvanómetro indicará cero cuando el potencial de k sea igual al potencial de p, o cuando Ekl = Elmp, donde

Resolviendo Rx e igualando Ekl y Elmp de la siguiente manera:

o al simplificar se obtiene

y la expansión del miembro del lado derecho da

la solución de Rx a

de modo que

Si aplicamos la condición establecida inicialmente de que a/b=R1/R2 la ecuación (3-17) se reduce a la conocida relación

Esta es la ecuación de trabajo del puente doble de Kelvin, puede verse que la

Resistencia Ry no tiene efecto en la medición, si se cumple la condición de que los dos Conjuntos de ramas de relación tengan igual relación de resistencia. Esta configuración se utiliza para medir muy bajas resistencias, desde 1Ω hasta 0.00001 Ω. Por el contrario, cuando las resistencias medidas son de alto valor, el puente galvanométrico se torna insensible al desbalance por la alta impedancia que el puente le Presenta al galvanómetro. Mega óhmetros para diferentes rangos (p.e. de 50 megohmios a 2000 megohmios) como instrumentos manuales portátiles para determinar la resistencia de aislamiento, corrientes continuas y corrientes alternas y para comprobaciones de pasos, y todo ello para diferentes rangos de medición (p.e. desde 50 hasta 2000 Mega ohmios). Con los megohmetros la medición del aislamiento se pueden realizar con diferentes tensiones, empezando con 100 V hasta los 10000 V. La medición sucede según la DIN VDE 0413 parte 1. Los megóhmetros se entregan con mecanismos de control, pinzas de control, baterías y maletín. Los megohmetros pueden ir equipados en laboratorio de pruebas con certificados de calibración DIN EN ISO adicionales. La medición del aislamiento en cables y devanados de motores es vital importancia para prevenir accidentes y averías en las instalaciones y es de uso obligado en la mayoría de los reglamentos. Si tiene alguna duda con respecto a los megóhmetros

Información para realizar una medición de aislamiento: ¿Cuándo se debe realizar? Una medición de aislamiento se debe realizar en obras nuevas, renovaciones, cambios, reparaciones y en caso de averías. Además existe la prescripción de efectuar una comprobación regular cada cierto período en instalaciones industriales. También se debería efectuar tal comprobación en el sector privado, ya que los valores de aislamiento se deterioran por antigüedad, influencias de humedad y medioambientales, por desperfectos u otras razones. Para ello se utilizan megóhmetros con un generador de oscilaciones electrónicas incorporado, que suben la tensión de la batería a través de un transformador y a continuación la enderezan y nivelan. Los resultados de medición se señalan a través de un aparato de aguja o digital. En nuestra gama encontrará megóhmetros para casi cualquier aplicación de medición in situ o para el taller.

¿Cómo puede efectuar una medición con un megohmetro? - apagar la tensión - retirar el puente entre N y PE - apagar el interruptor LS, el fusible, el interruptor FI y otros consumidores eléctricos - conectar la línea de comprobación entre el conductor fase y el PE y a continuación entre el conductor fase y N, encender el megohmetro y efectuar la medición. También tiene sentido efectuar la medición entre los dos conductores de fase para poder detectar mejor los desperfectos y los conductos envejecidos. Los valores mínimos de las resistencias de aislamiento deben indicar en una medición de tensión de 250 V DC 0,25 MΩ, de 500 V DC 0,5 MΩ, de 1000 V DC 1 MΩ. Por favor, tenga en cuenta y siga los siguientes puntos a la hora de utilizar los megóhmetros: 1. Siga minuciosamente las indicaciones de advertencia de los megóhmetros. 2. No exponga los megóhmetros a temperaturas y humedades extremas, así como al agua. 3. Evite sacudidas extremas. 4. No utilice los megóhmetros en presencia de gases inflamables, vapores y disolventes. 5. No utilice los megóhmetros en las cercanías de fuertes campos magnéticos (motores, transformadores, etc.) 6. Antes de poner en funcionamiento los megohmetros, se debe estabilizar los medidores a la temperatura ambiental. 7. Los trabajos de reparación y manutención de los megóhmetros, incluido abrir los medidores, debe ser efectuado únicamente por los técnicos especializados de PCE-Instruments. 8. Sea especialmente atento cuando trabaje con tensiones superiores a 25 V (AC / DC). Simples roces pueden causar la muerte. 9. Cada vez que cambie de rango de medición debe retirar las puntas de medición del objeto que está midiendo. 10. Antes de cualquier medición debe comprobar que los hilos de prueba y los megóhmetros no estén estropeados. 11. No se deben tocar las puntas de medición mientras se efectúa la medición (peligro de golpe de corriente). 12. La tensión entre los megóhmetros y la tierra no debe sobrepasar CAT III 1000 V.

13. No sitúe los megóhmetros con la cara del panel de mandos sobre los bancos de trabajo o superficies, evitando así posibles daños. 14. No efectúe ningún cambio técnico en los megóhmetros. Puente de maxwell El puente de maxwell se utiliza para medir inductancia desconocida en termina de una capacitancia conocida. Una de las ramas de relación tiene una resistencia y una capacitancia en paralelo; ahora se puede probar que es más fácil escribir las ecuaciones de balance usando la admitancia de la rama 1 en vez de impedancia. El reajuste de la ecuación general para el equilibrio del puente, dada en la ecuación, también se puede expresar de la siguiente forma: Zx= Z2 Z3 Y1 Donde Y1 es la admitancia de la rama 1. En relación con la figura se tiene que Z2 = R2; Z3 = R3 La sustitución de esta valores en

Y

Zx = Rx + jwLx = R2 R3

Y1 =

(

+ jwc1

+ jwc1)

Al separar términos reales e imaginarios Rx = Y Lx= R2R3C1 Donde las resistencias se expresan en ohms, las inductancias en henrys y las capacitancias en farads. El puente Maxwell se limita a la medición de bobinas de Q medios (1˂ Q˂ 10). Esto puede mostrarse si se considera la segunda condición de equilibrio, la cual establece que la suma de los ángulos de fase de un par de ramas opuestas debe ser igual a la suma de los ángulos de fase del otro par. Puesta que los ángulos de fase en los elementos resistivos de las ramas 2y3 suma 0°, y la suma de los ángulos de la rama 1 y 4 también serán o°. El ángulo de fase de la bobina de Q alto será muy cercano a 90° (positivos), lo cual requiere que el ángulo de fase de la rama capacitiva está cerca a 90|° (negativos). Esta significa que la resistencia de R1 ha de ser muy grande, lo cual es poco práctico. Las bobinas de alto Q se miden con el puente Hay. El procedimiento normal para equilibras el puente de Maxwell es ajustar primero R3 para el equilibrio inductivo y luego para ajustar R1 para el resistivo. Después al volver al ajuste de R3 se advierte que el equilibrio resistivo se ha modificado hacia

un muevo valor. Este proceso se repite y da una convergencia lenta hacia el equilibrio final .para esta bobina de Q medio, el efecto de la resistencia no es pronunciado y el equilibrio se alcanza después de pocos ajustes.

República bolivariana de Venezuela Ministerio del poder popular para la educación Instituto universitario de tecnología “Alonso Gamero” Coro edo. Falcón

Trabajo de Puentes de medición eléctrica Bachilleres: Omar piña. Denny Hernández. Pablo Morillo. Renny Brito. Sandy Martínez.

Santa Ana de coro; junio del 2013

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