Puente de Wheatstone

De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a: navegación, búsqueda
Un Puente de Wheatstone tiene cuatro resistencias que forman los lados de un rombo. Se alimenta con una fuente de voltaje continua en sus extremos y en en el centro se conecta un galvanómetro.
Disposición del Puente de Wheatstone..

Un puente de Wheatstone se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.

El físico e inventor inglés Charles Wheatstone (1802-1875) es especialmente conocido por ser el primero en aplicar el circuito eléctrico que lleva su nombre (puente de Wheatstone) para medir resistencias. En realidad había sido diseñado previamente por Samuel Hunter Christie en 1832, con lo que el papel de Wheatstone fue la mejora y popularización, a partir de 1843. También es conocido como puente de Wilton, en honor al socio de Samuel Hunter Christie, el señor Wilton de la Fuente.

Descripción[editar]

En el esquema de la derecha se tiene Rx, que es la resistencia cuyo valor se quiere determinar; R1, R2 y R3 son resistencias de valores conocidos, además la resistencia R2 es ajustable para fijar el punto de equilibro. Si la relación de las dos resistencias del brazo conocido (R1/R2) es igual a la relación de las dos del brazo desconocido (R3/Rx), el voltaje entre los puntos D y B será nulo y no circulará corriente a través del galvanometro VG. En caso de desequilibrio, la dirección de la corriente en el Galvanometro indica si R2 es demasiado alta o demasiado baja. El valor de voltaje de la fuente de poder (Vs) es indiferente y no afecta la medición.

Para efectuar la medida se varía la resistencia R2 hasta alcanzar el punto de equilibrio. La detección de corriente nula se puede hacer con gran precisión mediante el Galvanometro VG.

En condición de equilibrio siempre se cumple que:

Cuando el puente está construido de forma que R3 es igual a R1, Rx es igual a R2 en condición de equilibrio (corriente nula por el galvanómetro).

Si los valores de R1, R2 y R3 se conocen con mucha precisión, el valor de Rx puede ser determinado igualmente con precisión. Pequeños cambios en el valor de Rx romperán el equilibrio y serán claramente detectados por la indicación del galvanómetro.

De forma alternativa, si los valores de R1, R2 y R3 son conocidos y R2 no es ajustable, la corriente que fluye a través del galvanómetro puede ser utilizada para calcular el valor de Rx siendo este procedimiento más rápido que el ajustar a cero la corriente a través del medidor.

Demostración[editar]

Las direcciones de la corriente se definen arbitrariamente

Primero usamos la ley de corriente de Kirchoff (LCK) para encontrar la corriente que circula en los nodos D y B (IG):

Nodo D:

Nodo B:

Luego usamos la ley de voltajes de Kirchoff (LVK) para encontrar los voltajes de los lazos ABD y BCD:

Lazo ABD

Lazo BCD:

Cuando el puente esta balanceado, entonces IG = 0, entonces el segundo grupo de ecuaciones se puede re escribir como:

Entonces, al dividir las ecuaciones y re ordenar, se obtiene:

Nuevamente, si IG = 0, entonces I3 = IX e I1 = I2. El valor deseado de RX para lograr el equilibrio es:

Si conocemos los valores de las cuatro resistencias y la fuente de voltaje (VS), y la resistencia del galvanómetro es lo suficientemente alta para que IG sea despreciable, el voltaje en el galvanómetro (VG) se puede determinar trabajando con el voltaje de cada divisor de tensión restándolos entre si. La ecuación resultante es:

donde VG es el voltaje entre los nodos D y B.

Puente de Wheatstone típico

Variantes[editar]

Variantes del puente de Wheatstone se pueden utilizar para la medida de impedancias, capacitancias e inductancias.

La disposición en puente también es ampliamente utilizada en instrumentación electrónica. Para ello, se sustituyen una o más resistencias por sensores, que al variar su resistencia dan lugar a una salida proporcional a la variación. A la salida del puente, donde está el galvanómetro, (VG) suele colocarse un amplificador.

El puente de Wheatstone es el fundamental, pero hay otras variantes que se pueden usar para medir diferentes tipos de resistencias cuando el puente de Wheatstone fundamental no es adecuado. Algunas de esas variantes son:

Balanza electrónica[editar]

El puente de Wheatstone es ampliamente usado en balanzas electrónicas basadas en Galga extensiométrica, el objetivo de estos dispositivos es medir un voltaje de salida proporcional a la variación del peso apoyado sobre el mismo.

Enlaces externos[editar]