Puente de Wheatstone

El puente de Wheatstone es un arreglo de cuatro resistencias para determinar el valor de una resistencia desconocida. El arreglo es compatible con señales de DC y AC para su polarización de voltaje. La configuración del puente se realiza con las resistencias conectadas en dos conjuntos de dos resistencias.. Se toman dos nodos para polarizar el puente, y los otros dos nodos para medir la diferencia de tensión.

El puente de Wheatstone fue aplicado por primera vez en 1832, sin embargo, gracias a Charles Wheatsonte en 1843 fue que se popularizo y se le dio el nombre que tiene actualmente.

Configuración de resistencias de un puente de Wheatstone

Primero que nada, tenemos que comprender la configuración del puente. Las resistencias que están conectadas en la terminal positiva a la fuente de polarización, son R1 y R3. Las resistencias que están conectadas a tierra son R2 y R4. La resistencia R4 la podemos considerar como Rx ya que es la posición de el elemento a medir. R2 se puede considerar como variable, ya que de esta manera podemos modificara para encontrar el punto de equilibrio. Notese que R1 y R2 forman un divisor de voltaje o tensión, al igual que R3 y Rx. Suponga la condición inicial donde todas las resistencias son iguales, entonces el voltaje entre los nodos centrales de los dos divisores es igual a cero. Si no conoces el valor de una resistencia, puedes averiguarlo con el código de colores para resistencia.

Arreglo del Puente de Wheatstone

Figura 1: Puente de Wheatstone. La resistencia R2 sirve para configura el puente en equilibrio. La resistencia Rx es el sistema a medir.

Se puede iniciar armando el puente con resistencias de valor similar a Rx. Una vez armado, polarizar con un Vs, puede ser el valor que sea. Si se va a usar con un ADC o Arduino a 5V puedes estimar una variación máxima de de no más de 5V. Sin embargo, esto lo puedes ajustar con un amplificador operacional. La resistencia R2 es variable, de tal manera que se puede medir el voltaje de salida Vg en donde se busca igualarlo a cero. Considerando el sistema Rx sin evento de medición.

Una vez ajustado el sistema, los cambios en Rx harán que el sistema salga de la región de equilibrio. Los cambios de voltaje serán medidos por Vg.

Explicación del puente de Wheatstone

Puente de Wheatstone

Figura 2: Puente de Wheatstone. Flujo de corriente en el puente y terminales de voltaje de salida.

Sistema en igualdad de resistencias, cuando el sistema esta en equilibrio.

    \[{\frac{R_2}{R_1}}={\frac{R_x}{R_3}}  \]

En este caso, para determinar un valor de salida correspondiente a la variación de Rx, consideramos el análisis del circuito. Considerando que el instrumento de medición tiene una resistencia suficientemente alta, la determinación del voltaje de la diferencia de potencial entre Vx1 y Vx2 es igual a:

    \[V_G =  {\left(}{\frac{R_2}{R_1 + R_2}}-{\frac{R_X}{R_X + R_3}} {\right)}V_S   \]

 

Ejemplos de cálculos para el puente

Un sistema que tiene R1 y R3 de 2KOhms y un sensor en estado estacionario Rx, tiene una resistencia de 5KOhms bajo condiciones normales. Se coloca una resistencia R2 igualando los 5K, puede ser variable para ajustes finos. Determinar el voltaje de salida para un cambio de 100Ohms por arriba de el valor inicial. Y que pasa si, ¿baja 1000Ohms por debajo? Considere un voltaje de alimentación de 12V.

    \[V_G =  {\left(}{\frac{5000{\Omega}}{2000{\Omega} + 5000{\Omega}}}-{\frac{5000{\Omega}}{5000{\Omega} + 2000{\Omega}}} {\right)}V_S = 0V   \]

Considerando un incremento de 100 Ohms.

    \[V_G =  {\left(}{\frac{5000{\Omega}}{2000{\Omega} + 5000{\Omega}}}-{\frac{5100{\Omega}}{5100{\Omega} + 2000{\Omega}}} {\right)}V_S =-48.28mV   \]

Considerando un decremento de 1000 Ohms.

    \[V_G =  {\left(}{\frac{5000{\Omega}}{2000{\Omega} + 5000{\Omega}}}-{\frac{4900{\Omega}}{4900{\Omega} + 2000{\Omega}}} {\right)}V_S  = 571.428mV  \]

La salida de voltaje, la puedes conectar a la entrada de un amplificador operacional. El voltaje de salida se amplifica al rango deseado y se puede monitorear mediante un ADC.

ATENCIÓN

Por ultimo, si te gusto este tutorial, favor de dejar un comentario, lo agradeceremos mucho. También de la misma manera te recomendamos visitar nuestra pagina principalpara que veas los nuevos tutoriales en HETPRO. Tenemos tutoriales de ArduinoPCBsprogramación y muchos más.

Licencia Creative Commons
En conclusión, esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivar 4.0 Internacional.

Autor: DR: Hector Hugo Torres Ortega

 

One Response

  1. paola marzo 9, 2019

Escríbenos tus dudas o comentarios

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.

Usamos Cookies en nuestro sitio WEB

Por favor confirma, si aceptas nuestras cookies de rastreo. También puedes negar el uso de cookies de rastreo y seguir navegando sin que ninguna información sea enviada a servicios de terceros.