Básicamente un puente de medición es una configuración circuital que permite medir
resistencias en forma indirecta, a través de un detector de cero. Los puentes de corriente
continua tienen el propósito de medir resistencias, de valores desconocidos, utilizando
patrones que sirven para ajustar a cero (equilibrio del puente).
La configuración puente consiste en tres mallas. Se disponen de cuatro resistencias,
entre ellas la desconocida, de una fuente de corriente continua y su resistencia interna, y un galvanómetro. Se estudiará la influencia de la sensibilidad del galvanómetro y de la limitación de la intensidad de corriente en los brazos del puente, así como la exactitud del puente con respecto al valor de la incógnita a medir.
Existen algunas variantes para medir resistencias muy altas o muy bajas.
Puente de Wheatstone
El puente de Wheatstone tiene cuatro ramas resistivas, una fuente de f.e.m (una
batería) y un detector de cero (el galvanómetro). Para determinar la incógnita, el puente debe estar balanceado y ello se logra haciendo que el galvanómetro mida 0 V, de forma que no haya paso de corriente por él. Debido a esto se cumple que:
I1R1 = I2R2
Al lograr el equilibrio, la corriente del galvanómetro es 0, entonces:
I1=I3= E/R1+R3
I2=I4= E/R2+Rx
Resolviendo queda:
R1Rx=R2R3
Puente de Wheatstone para R grandes
La medición de resistencias muy altas como la de aislamiento de un cable o la fuga de
un capacitor supera la capacidad del puente de Wheatstone ordinario. Como se requiere
voltajes altos para obtener una sensibilidad de deflexión suficiente. La corriente de fuga se elimina mediante algún circuito de protección. Un alambre de protección, que rodea la
superficie aislante de la terminal, intercepta la corriente de fuga y la regresa a la batería, evitando que entre al circuito puente.
Otra forma es conectar la protección a la resistencia de tres terminales para evitar la
pérdida de corriente externa al circuito puente. La alta resistencia se coloca sobre dos
terminales aisladas. Los dos terminales principales se conectan a la Rx y el tercer terminal es el punto en común de las resistencias R1 y R2.
Puente de Thompson (Kelvin)
El puente Kelvin es una modificación del puente Wheatstone y proporciona un
incremento en la exactitud de las resistencias de valor por debajo de 1•.
Puente de hilo (Thompson)
En la figura se muestra el circuito de puente de hilo, representado por la resistencia
Ry.
Ry representa la resistencia del alambre de conexión de R3 a Rx. Si se conecta el
galvanómetro en el punto m, Ry se suma a Rx, resultando una indicación por arriba de Rx.
Cuando se conecta en el punto n, Ry se suma a la rama de R3, ya que R3 indicará más de
lo real. Si el galvanómetro se conecta en el punto p, de tal forma que la razón de la
resistencia de n a p y de m a p iguale la razón de los resistores R1 y R2.
Rx= (R1/R2)*R3
Puente de Maxwell
Este puente de C.A. se utiliza para medir una inductancia desconocida en términos de
una capacitancia conocida. Una de las ramas de relación tiene una resistencia y una capacidad en paralelo
Escribiendo la ecuación en términos de Zx (impedancia de la rama desconocida)
se obtiene:
Zx= (Z2*Z3)/Z1
Al escribir utilizando la admitancia Y1:
Zx = Z2*Z3*Y1
Cuya parte real es:
Rx= (R2*R3)/R1
El puente de Maxwell se limita a la medición de Q medio (1<Q<10). Esto se
fundamenta utilizando la ecuación (7.24), puesto que los ángulos de fase de R2 y R3 suman 0° y la suma de los ángulos de las ramas 1 y 4 también será 0°, por lo tanto el ángulo de una bobina de Q alto sería cercano a +90°, pero el ángulo de fase de la rama capacitiva debería estar en –90° lo que significaría R1 muy grande lo que es poco práctico; por esta razón, para estos valores de Q se utiliza el puente de Hay.
Para Q<1 existen problemas de convergencia debido a la aparición del denominado
equilibrio deslizante por valores de Q bajos (se genera una interacción entre los controles).
El procedimiento normal para equilibrar el puente de Maxwell consiste en ajustar R3
hasta que obtener el equilibrio inductivo y luego ajustar R1 hasta obtener el equilibrio resistivo, repitiéndose este proceso hasta el equilibrio definitivo.
Puente de Hay
Como primera característica de este puente, se puede mencionar su utilización para la
medición de inductancias. se observa la configuración clásica del puente Hay. A primera vista este puente no difiere demasiado de su equivalente de Maxwell, salvo
que en esta ocasión el capacitor C1 se conecta en serie con la resistencia R1, por lo tanto para ángulos de fase grandes la resistencia R1 debe tener un valor muy bajo. Es esta pequeña diferencia constructiva la que permite su utilización para la medición de bobinas de Q alto (Q>10).
Si se sustituyen los valores de impedancias de las ramas del puente en la ecuación
general de equilibrio de los puentes de CA se obtiene:
Sustituyendo los valores anteriores en la ecuación de equilibrio:
Separando los términos reales de los imaginarios:
entonces:
puente de Wien
En electrónica un oscilador de
puente de Wien es un tipo de oscilador que
genera ondas sinusoidales sin necesidad de
ninguna señal de entrada. Puede generar un amplio rango de frecuencias. El puente está compuesto de
cuatro resistencias y
dos condensadores.
El circuito está basado en un puente originalmente desarrollado por Max Wien en 1891.
El circuito moderno está derivado de la tesis final
de William Hewlett, para obtener el master en la Universidad de Stanford. Hewlett, junto con David Packard fundaron la empresa Hewlett-Packard. Su primer producto fue el HP
200A, un oscilador de ondas sinusoidales de precisión basado en el puente de
Wien. El 200A se convirtió en un instrumento electrónico clásico conocido por
su baja distorsion. La frecuencia de
oscilación está dada por:
