Puente de Wheatstone

En el mundo real, nos encontramos con varias señales, algunas de ellas medidas por cambios en la resistencia y otras con inductancia y capacitancia.

Si consideramos la resistencia, la mayoría de los sensores industriales como temperatura, tensión, humedad, desplazamiento, nivel de líquido, etc. produce el cambio en el valor de la resistencia para un cambio variable. Por lo tanto, existe la necesidad de un acondicionamiento de señal para cada sensor de resistencia.

¿Qué es el puente de Wheatstone?

La red de puentes más común y más simple para encontrar la resistencia es el puente de Wheatstone. Este puente se utiliza donde se miden pequeños cambios en la resistencia, como en las aplicaciones de sensores. Esto se utiliza para convertir un cambio de resistencia en un cambio de voltaje de un transductor.

La combinación de este puente con el amplificador operacional se usa ampliamente en industrias para varios transductores y sensores. Un puente de Wheatstone consta de cuatro resistencias que están conectadas en forma de diamante con la fuente de suministro y los instrumentos indicadores como se muestra en la figura.

Este puente se utiliza para encontrar la resistencia desconocida con mucha precisión al compararla con un valor conocido de resistencias. En este puente se usa la condición nula o equilibrada para encontrar la resistencia.

Para este puente, la tensión equilibrada en los puntos C y D debe ser igual. Por lo tanto, no fluye corriente a través del multímetro. Para obtener la condición equilibrada, una de las resistencias debe ser variable.

En conclusión un puente de Wheatstone se usa ampliamente para medir la resistencia eléctrica. Este circuito está construido con dos resistencias conocidas, una resistencia desconocida y una resistencia variable conectadas en forma de puente. Cuando se ajusta la resistencia variable, entonces la corriente en el galvanómetro se convierte en cero, la relación de dos resistencias desconocidas es igual a la relación del valor de la resistencia desconocida y el valor ajustado de la resistencia variable. Al usar un puente de Wheatstone, el valor desconocido de resistencia eléctrica se puede medir fácilmente.

Principio de funcionamiento 

El circuito del puente wheatsone sólo se ve como un circuito divisor de voltaje como se muestra en la figura a continuación. 

Considere R₁ = 20 ohm, R₂ = 40 ohm para un brazo y para el otro considere los mismos valores de R₃ y R₄ respectivamente. 

El flujo de corriente en el primer brazo es

I₁ = V / (R₁ + R₂ )

I₁ = 12V / (20 + 40)

I₁= 0.2 A

Y el voltaje en el punto C es igual a la caída de tensión en la resistencia R 2 , 

VR₂  = I₁ × R₂ = 0.2 × 40 = 8V

Del mismo modo, el voltaje a través de R₁ es 4V (0.2 × 20). Debido a los mismos valores de resistencia, los voltajes en R4 y R3 serán los mismos que los de R₁ y R2 respectivamente. Por lo tanto, en los puntos A y B los voltajes son iguales, por lo tanto, el multímetro muestra una lectura cero ya que la diferencia de potencial es cero. En este caso, se dice que el puente está en condiciones equilibradas.

Supongamos que si invertimos las resistencias en el segundo brazo, el flujo de corriente es el mismo debido al circuito en serie. Pero el voltaje a través de la resistencia R₄ cambia, es decir, 0.2 * 20 = 4V. Entonces, en esta condición, el voltaje en los puntos A y B es diferente y existe una diferencia de potencial de 8 - 4 = 4V. Esta es la condición desequilibrada del puente.

Ejemplo


Desde arriba, el puente Wheatstone está desequilibrado cuando la lectura del voltímetro no es cero. Esta lectura puede ser positiva o negativa depende de las magnitudes de los voltajes en los terminales del medidor. Consideremos el siguiente circuito del puente Wheatstone que está conectado para encontrar el valor de resistencia desconocido con el uso de la caja de décadas de resistencia para obtener la resistencia variable de R3.

Sabemos que la condición para el equilibrio del puente es:

R₄ = R3 × R2 / R1

Rx = R_L × (10 x 10³) / (10 x 10³)

R_x = R_L

Aquí, en este caso, el puente Wheatstone se equilibra ajustando la caja de resistencia de la década hasta que el voltímetro lea el valor cero. Y el valor de resistencia correspondiente en el cuadro es igual a la resistencia desconocida. Suponga que si la condición de voltaje nulo ocurre a 250 ohmios de la caja de década de resistencia, entonces la resistencia desconocida también es de 250 ohmios.

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Puente de wheatstone para medir tensión

Más comúnmente para medir la tensión, se utilizan galgas extensométricas cuya resistencia eléctrica varía con la tensión proporcional en el dispositivo. En la práctica, el rango de resistencia de galgas extensométricas es de 30 ohmios a 3000 ohmios. Para una cepa dada, el cambio de resistencia puede ser solo una fracción del rango completo. Por lo tanto, para medir extremadamente una fracción de los cambios de resistencia con alta precisión, se utiliza la configuración del puente Wheatstone. La siguiente figura muestra el puente Wheatstone donde la resistencia desconocida se reemplaza con un medidor de tensión.

En el circuito anterior, dos resistencias R₁ y R₂ son iguales entre sí y R₃ es la resistencia variable. Sin aplicar fuerza al medidor de deformación, el reóstato se varía y finalmente se coloca de tal manera que el voltímetro indicará una deflexión cero. Esto se llama una condición de equilibrio de puente. Esta condición representa que no hay tensión en el medidor.

Si el medidor de tensión está tenso o comprimido, entonces la resistencia puede aumentar o disminuir. Por lo tanto, esto provoca un desequilibrio del puente. Esto produce una indicación de voltaje en el voltímetro que corresponde al cambio de tensión. Si la tensión aplicada en un medidor de tensión es mayor, entonces la diferencia de voltaje entre los terminales del medidor es mayor. Si la tensión es cero, entonces el puente se balancea y el medidor muestra lectura cero.

Se trata de la medición de resistencia utilizando un puente Wheatstone para una medición precisa. Debido a la medición fraccional de la resistencia, los puentes de Wheatstone se utilizan principalmente en mediciones de galgas extensométricas y termómetros.

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Aplicaciones

• - El puente Wheatstone se utiliza para medir con precisión los valores de resistencia muy bajos.

• -  El puente de Wheatstone junto con el amplificador operacional se usa para medir los parámetros físicos como temperatura, tensión, luz, etc.   
• - También podemos medir las cantidades de capacitancia, inductancia e impedancia usando las variaciones en el puente Wheatstone.

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