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Un puente Kelvin , también llamado puente doble Kelvin y en algunos países un puente Thomson , es un instrumento de medición que se utiliza para medir resistencias eléctricas desconocidas por debajo de 1 ohmio . Está diseñado específicamente para medir resistencias que están construidas como resistencias de cuatro terminales.
Antecedentes [ editar ]
Los resistores por encima de aproximadamente 1 ohmio en valor se pueden medir usando una variedad de técnicas, como un ohmímetro o usando un puente de Wheatstone . En tales resistencias, la resistencia de los cables o terminales de conexión es insignificante en comparación con el valor de resistencia. Para resistencias de menos de un ohmio, la resistencia de los cables o terminales de conexión se vuelve significativa y las técnicas de medición convencionales los incluirán en el resultado.
Para superar los problemas de estas resistencias indeseables (conocidas como ' resistencia parásita '), las resistencias de muy bajo valor y, en particular, las resistencias de precisión y las derivaciones de amperímetro de alta corriente se construyen como resistencias de cuatro terminales. Estas resistencias tienen un par de terminales de corriente y un par de terminales de potencial o voltaje. En uso, se pasa una corriente entre los terminales de corriente, pero la caída de voltaje a través de la resistencia se mide en los terminales de potencial. La caída de voltaje medida se debe completamente a la resistencia en sí, ya que la resistencia parásita de los cables que llevan la corriente hacia y desde la resistencia no están incluidas en el circuito de potencial. Para medir tales resistencias se requiere un circuito puentediseñado para trabajar con cuatro resistencias terminales. Ese puente es el puente Kelvin. [1]
Principio de funcionamiento [ editar ]
El funcionamiento del puente Kelvin es muy similar al puente de Wheatstone, pero utiliza dos resistencias adicionales. Las resistencias R 1 y R 2 están conectadas a los terminales de potencial externos de la resistencia estándar o conocida de cuatro terminales R s y la resistencia desconocida R x (identificada como P 1 y P ′ 1 en el diagrama). Las resistencias R s , R x , R 1 y R 2 son esencialmente un puente de Wheatstone. En esta disposición, la resistencia parasitaria de la parte superior deR s y la parte inferior de R x están fuera de la parte de medición de potencial del puente y, por lo tanto, no se incluyen en la medición. Sin embargo, el vínculo entre R s y R x ( R par ) se incluye en la parte de medición de potencial del circuito y, por lo tanto, puede afectar la precisión del resultado. Para superar esto, un segundo par de resistencias R ′ 1 y R ′ 2 forman un segundo par de brazos del puente (por lo tanto, 'puente doble') y están conectados a los terminales de potencial internos de R s y Rx (identificado como P 2 y P ′ 2 en el diagrama). El detector D está conectado entre la unión de R 1 y R 2 y la unión de R ′ 1 y R ′ 2 . [2]
La ecuación de equilibrio de este puente viene dada por la ecuación
En un circuito puente práctico, la relación de R ′ 1 a R ′ 2 está dispuesta para que sea la misma que la relación de R1 a R2 (y en la mayoría de los diseños, R 1 = R ′ 1 y R 2 = R ′ 2 ). Como resultado, el último término de la ecuación anterior se convierte en cero y la ecuación de equilibrio se convierte en
Reorganizar para que R x sea el sujeto
La resistencia parásita R par se ha eliminado de la ecuación de equilibrio y su presencia no afecta el resultado de la medición. Esta ecuación es la misma que para el puente de Wheatstone funcionalmente equivalente.
En el uso práctico, la magnitud del suministro B se puede configurar para proporcionar corriente a través de Rs y Rx en o cerca de las corrientes de operación nominales del resistor nominal más pequeño. Esto contribuye a errores más pequeños en la medición. Esta corriente no fluye a través del propio puente de medición. Este puente también se puede utilizar para medir resistencias del diseño más convencional de dos terminales. Las conexiones de potencial del puente simplemente se conectan lo más cerca posible de los terminales de la resistencia. Cualquier medición excluirá entonces toda la resistencia del circuito que no esté dentro de las dos conexiones potenciales.
Precisión [ editar ]
La precisión de las mediciones realizadas con este puente depende de varios factores. La precisión de la resistencia estándar ( R s ) es de suma importancia. También es importante cuán cercana es la relación de R 1 a R 2 a la relación de R ' 1 a R ' 2 . Como se muestra arriba, si la relación es exactamente la misma, el error causado por la resistencia parásita ( R par ) se elimina por completo. En un puente práctico, el objetivo es hacer que esta relación sea lo más cercana posible, pero no es posible hacerlo exactamente.lo mismo. Si la diferencia en la razón es lo suficientemente pequeña, entonces el último término de la ecuación de balance anterior se vuelve lo suficientemente pequeño como para ser insignificante. Precisión de la medición también se incrementa mediante el establecimiento de la corriente que fluye a través de R s y R x ser tan grande como la calificación de las resistencias permite. Esto da la mayor diferencia de potencial entre las conexiones de potencial más internas ( R 2 y R ′ 2 ) a esas resistencias y, en consecuencia, voltaje suficiente para que el cambio en R ′ 1 y R ′ 2 tenga su mayor efecto.
Hay algunos puentes comerciales que alcanzan precisiones superiores al 2% para rangos de resistencia de 1 microohmio a 25 ohmios. Uno de esos tipos se ilustra arriba.
Los puentes de laboratorio generalmente se construyen con resistencias variables de alta precisión en los dos brazos potenciales del puente y logran precisiones adecuadas para calibrar resistencias estándar. En tal aplicación, la resistencia 'estándar' ( R s ) será en realidad un tipo subestándar (es decir, una resistencia que tiene una precisión unas 10 veces mejor que la precisión requerida de la resistencia estándar que se calibra). Para tal uso, el error introducido por el desajuste de la relación en los dos brazos potenciales significaría que la presencia de la resistencia parásita R par podría tener un impacto significativo en la altísima precisión requerida. Para minimizar este problema, las conexiones actuales a la resistencia estándar ( R x); la resistencia subestándar ( R s ) y la conexión entre ellas ( R par ) están diseñadas para tener una resistencia lo más baja posible, y las conexiones tanto en las resistencias como en el puente se parecen más a barras colectoras que a cables.
Algunos ohmímetros incluyen puentes Kelvin para obtener grandes rangos de medición. Los instrumentos para medir valores sub-ohmios a menudo se denominan ohmímetros, miliohmímetros, microohmímetros de baja resistencia, etc.
Referencias [ editar ]
- ^ Northrup, Edwin F. (1912), "VI: La medición de baja resistencia", Métodos de medición de la resistencia eléctrica , McGraw-Hill, págs. 100-131, hdl : 2027 / mdp.39015067963275
- ^ Todo sobre circuitos
Lectura adicional [ editar ]
- Jones, Larry D .; Chin, A. Foster (1991), Instrumentos eléctricos y medidas , Prentice-Hall, ISBN 978-013248469-5
Enlaces externos [ editar ]
- Medios relacionados con el puente Thomson en Wikimedia Commons
- Capítulo de Circuitos de medición de CC de Lecciones en circuitos eléctricos Vol 1 Libro electrónico gratuito de CC y de la serie Lecciones de circuitos eléctricos .
- Discusión de la medición de 4 terminales y ohmímetros en general. [ enlace muerto permanente ]
- Discusión de la medición de 4 terminales. Sucesor del enlace muerto anterior.
