“El corazón de la ciencia es la medición”, y para la medición se utilizan los circuitos puente para encontrar todo tipo de parámetros eléctricos y electrónicos. Hemos estudiado varios puentes en Instrumentación y Medición Eléctrica y Electrónica. La siguiente tabla muestra diferentes puentes con sus usos:
| S.No. | Nombre del puente | Parámetro a determinar |
| 1. | Wheatstone | medir una resistencia desconocida |
| 2. | Anderson | medir la autoinductancia de la bobina |
| 3. | De-sauty | midiendo un valor muy pequeño de capacitancia |
| 4. | Maxwell | medir una inductancia desconocida |
| 5. | Kelvin | se utiliza para medir resistencias eléctricas desconocidas por debajo de 1 ohmio. |
| 6. | Wein | medición de capacitancia en términos de resistencia y frecuencia |
| 7. | Heno | medición de inductor desconocido de alto valor |
Aquí, vamos a hablar sobre el puente de Wheatstone utilizado para medir la resistencia desconocida. El multímetro digital actual ayuda a medir la resistencia de una manera sencilla. Pero la ventaja del puente de Wheatstone sobre esto es que proporciona la medición de valores muy bajos de resistencia en el rango de mili-ohmios.
puente de Wheatstone
Samuel Hunter Christie inventó el puente de Wheatstone en 1833 y este puente fue mejorado y popularizado por Sir Charles Wheatstone en 1843. El puente de Wheatstone es la interconexión de cuatro resistencias que forman un puente. Las cuatro resistencias en circuito se conocen como brazos de puente. El puente se utiliza para encontrar el valor de una resistencia desconocida conectada con dos resistencias conocidas, una resistencia variable y un galvanómetro. Para encontrar el valor de la resistencia desconocida, la deflexión en el galvanómetro se hizo a cero ajustando la resistencia variable. Este punto se conoce como punto de equilibrio del puente de Wheatstone.
Derivación
Como podemos ver en la figura, R1 y R2 son resistencias conocidas. R3 es una resistencia variable y Rx es una resistencia desconocida. El puente está conectado con la fuente de CC (batería).
Ahora, si el puente está en condición equilibrada, no debería haber corriente fluyendo a través del galvanómetro y la misma corriente I1 fluirá a través de R1 y R2. Lo mismo ocurre con R3 y Rx, significa que el flujo de corriente (I2) a través de R3 y Rx seguirá siendo el mismo. Entonces, a continuación se muestran los cálculos para averiguar el valor de resistencia desconocido cuando el puente está en condición equilibrada (no hay flujo de corriente entre los puntos C y D).
V = IR (según la ley de ohm) VR1 = I1 * R1… ecuación (1) VR2 = I1 * R2… ecuación (2) VR3 = I2 * R3… ecuación (3) VRx = I2 * Rx… ecuación (4)
La caída de voltaje en R1 y R3 es la misma y la caída de voltaje en R2 y R4 también es la misma en la condición de puente balanceado.
I1 * R1 = I2 * R3… ecuación (5) I1 * R2 = I2 * Rx… ecuación (6)
Sobre dividir la ecuación (5) y la ecuación (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Entonces, de aquí obtenemos el valor de Rx, que es nuestra resistencia desconocida y, por lo tanto, así es como el puente de Wheatstone ayuda en la medición de una resistencia desconocida.
Operación
Prácticamente, la resistencia variable se ajusta hasta que el valor de la corriente a través del galvanómetro se vuelve cero. En ese punto, el puente se denomina puente de Wheatstone equilibrado. Obtener corriente cero a través del galvanómetro proporciona una alta precisión, ya que un cambio menor en la resistencia variable puede alterar la condición de equilibrio.
Como se muestra en la figura, hay cuatro resistencias en el puente R1, R2, R3 y Rx. Donde R1 y R2 son la resistencia desconocida, R3 es la resistencia variable y Rx es la resistencia desconocida. Si la relación de resistencias conocidas es igual a la relación de resistencia variable ajustada y resistencia desconocida, en esa condición no fluirá corriente a través del galvanómetro.
En estado equilibrado,
R1 / R2 = R3 / Rx
Ahora, en este punto tenemos el valor de R1 , R2 y R3, por lo que es fácil encontrar el valor de Rx a partir de la fórmula anterior.
De la condición anterior, Rx = R2 * R3 / R1
Por lo tanto, el valor de la resistencia desconocida se calcula mediante esta fórmula, dado que la corriente a través del galvanómetro es cero.
Así que necesitamos ajustar el potenciómetro hasta el punto en que el voltaje en C y D sea igual, en esa condición, la corriente a través de los puntos C y D será cero y la lectura del Galvanómetro será cero, en esa posición particular se llamará al Puente Wheatstone. Condición equilibrada. Esta operación completa se explica en el video que se muestra a continuación:
Ejemplo
Tomemos un ejemplo para comprender el concepto de puente de Wheatstone, ya que tomamos un puente desequilibrado para calcular el valor apropiado de Rx (resistencia desconocida) para equilibrar el puente. Como sabemos, si la diferencia de caída de voltaje en los puntos C y D es cero, entonces el puente está en condición de equilibrio.
Según el diagrama del circuito, Para el primer brazo ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Al poner los valores en la fórmula anterior, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 voltios
Para el segundo brazo ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 voltios
Entonces, la diferencia de voltaje entre el punto C y D es:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 voltios
Si la diferencia de caída de voltaje entre C y D es positiva o negativa (positiva o negativa muestra la dirección del desequilibrio), muestra que el puente está desequilibrado y para equilibrarlo necesitamos un valor diferente de resistencia en reemplazo de R4.
El valor de la resistencia R4 requerido para equilibrar el circuito es:
R4 = (R2 * R3) / R1 (estado del puente de equilibrio) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohmios
Por lo tanto, el valor de R4 requerido para equilibrar el puente es 720 Ω, porque si el puente está equilibrado, la diferencia de caída de voltaje entre C y D es cero y si puede usar una resistencia de 720 Ω, la diferencia de voltaje será cero.
Aplicaciones
- Se utiliza principalmente en la medición de valores muy bajos de resistencia desconocida con un rango de mili-ohmios.
- Si usamos un varistor con puente de Wheatstone también podemos identificar el valor de algunos parámetros como capacitancia, inductancia e impedancia.
- Al usar el puente de Wheatstone con amplificador operacional, ayuda a medir diferentes parámetros como temperatura, tensión, luz, etc.