INFORMEPRACTICA DE LABORATORIO #5: PUENTE DE WHEATSTONE ASIGNATURA: LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN DOCENTE: ING. FAIBER IGNACIO ROBAYO BETANCOURT ESTUDIANTES: SERGIO ANDRES RINCON CAUPAZ (20151137367) JHON CARLOS EVIA CRIOLLO (20151137275) ALVARO ANDRES QUINTERO DIAZ (20151134150) GRUPO DE LABORATORIO (JUEVES) GRUPO 2 UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTRÓNICA (05 de Abril de 2017) pero se supondrá que esta tiene un valor desconocido ). corrientes o resistencias. por lo cuan en esta práctica de laboratorio se comprueba de manera experimental el desarrollo del puente de wheatstone utilizando un óhmetro como detector para calibrar el puente de wheatstone y encontrar nuestro valor de Rx que para nuestro caso se suponía que no la conocíamos. ya que muchos de los cálculos no son tan complejos de hacer. hacer las diferentes variaciones en el puente y en el potenciómetro con el fin de ver que tanto varia la resistencia y la tensión en los puntos de medición. en el cual se planteó un circuito de puente en el cual se desconoce el valor de una de las resistencias del montaje. tales como voltaje. INTRODUCCIÓN En la electrónica a través de los años y de su evolución se han desarrollado gran cantidad de herramientas que permitan realizar mediciones de parámetros desconocidos de diferentes parámetros variables. también con el objetivo de comprobar la funcionalidad del puente y ver el posible uso que le podemos dar en el transcurso de nuestra carrera. además posteriormente con estos valores hacer la interpolación respectiva para conocer su gráfica o comportamiento. para así comprobar su funcionalidad y ver las posibles aplicaciones que le podemos dar. Fue indispensable hacer varias mediciones para voltajes positivos y negativos para de esta manera conocer los valores de las resistencias proporcionados por estos voltajes. . por este motivo hoy daremos muestra de una herramienta conocida como el puente de wheastone. por lo cual se pondrán en práctica los conocimientos teóricos con el fin de calcular o encontrar el valor de la resistencia faltante (que para este caso ya la conocemos. OBJETIVOS ESPECIFICOS Realizar el montaje de un puente wheastone con el fin de determinar el valor de una resistencia desconocida. pero sabemos que en la práctica vemos más fenómenos adversos que pueden afectar el comportamiento de nuestro circuito. OBJETIVO GENERAL El objetivo de esta práctica es dar utilización a la herramienta conocida como el puente wheastone. con el fin de realizar todas la mediciones propuestas. que es una organización de resistencias en un orden especifico que nos permite hallar el valor de una resistencia incluida en el circuito de la cual no conozcamos su valor a partir de ciertos parámetros. Complementar la parte teórica del puente. (3) y simplificarlas se obtiene: . Esta condición se cumple cuando el voltaje del punto c al punto a es igual que el voltaje del punto d al punto a. Operación básica del Puente de wheatstone El puente tiene cuatro ramas resistivas. Por lo tanto. El circuito puente forma la parte principal en algunas mediciones y como interfase de transductores. (2). o bien. el puente está en equilibrio cuando I 1 R1=I 2 R2 (1) Si la corriente del galvanómetro es cero. junto con una fuente de fem (una batería) y un detector de cero. MARCO TEORICO Puente de wheatstone [1] Este puente es uno de los más simples y tiene como propósito medir resistencia. hay puentes totalmente automáticos que determinan electrónicamente la condición nula del puente para hacer mediciones de componentes con precisión. La corriente a través del galvanómetro depende de la diferencia de potencial entre los puntos c y d. Por ejemplo. la siguiente condición también se cumple E I 1 =I 3= (2) R1 +R3 Y E I 2 =I 4= (3) R 2+ R 4 Al combinar las ecuaciones (1). tomando como referencia la otra terminal de la batería. Existen variaciones del puente de wheatstone para medir resistencias muy altas y muy bajas. ya que no siempre vamos a tener nuestros instrumentos a la mano y estas nos pueden servir de mucha ayuda. de forma que no hay paso de corriente a través de él. Verificar la fiabilidad de este tipo de herramientas de medida. cuando el voltaje del punto c al punto b es igual que el voltaje del punto d al punto b. generalmente un galvanómetro u otro medidor sensible a la corriente. Se dice que el puente esta balanceado cuando la diferencia de potencial a través del galvanómetro es 0V. R3 → Son resistencias variables o de valor conocido. Puente de wheatstone Dónde: E → Es la fuente de voltaje. R4 → Es la resistencia desconocida o Rx . R1 R2 = ( 4) R 1 + R 3 R 2 + R4 R1 R 4=R 2 R3 (5) La ecuación (5) es la expresión conocida para el equilibrio del puente de Wheatstone. R2 . R1 . . G→ Representa un galvanómetro u otro medidor sensible a la corriente eléctrica. por lo tanto.Como podemos observar el puente cuenta con cuatro ramas resistivas. según la terminal de la fuente que se tome en cuenta. Entonces: (1) Como la corriente en el galvanómetro es 0A. una fuente de voltaje y un elemento sensible a la corriente para determinar el momento de cero corrientes. es decir. es decir el equilibrio del puente. Ahora bien. Funcionamiento: La corriente que pasa por el galvanómetro depende de la diferencia de potencial entre los puntos c y d. La relación matemática que determina el valor de la resistencia desconocida se cumple solo cuando el puente esta en equilibrio. cuando el potencial en el galvanómetro es 0V. Cuestión por la que se hace necesaria la presencia del galvanómetro (para observar el punto donde no haya corriente y marque 0). queda: (4) . también se cumple: (2) (3) Al sustituir (2 y 3) en (1). este equilibrio aparece cuando el voltaje a-c es igual al voltaje a-d o el voltaje b-c sea igual al voltaje b-d. no existe corriente en él. Esta última expresión es la expresión para el equilibrio del puente de wheatstone. es decir presenta una muy baja impedancia de entrada. MATERIALES Y EQUIPOS . Esquema del op-amp inversor. Imagen 2. R4 =R x Rx y. no se desfasa 180 grados. igual a uno o mayor que uno. que garantiza que la totalidad de la señal de salida quede en la R carga ( L ). si entonces la ecuación que determinará el valor de será: (5) AMPLIFICADOR INVERSOR Este amplificador invierte la señal de entrada y le da una ganancia de acuerdo al RF R1 valor que tomen y . En la siguiente tabla se presenta la ganancia. la ganancia puede ser menor que uno. ELEMENTOS. La impedancia de salida es pequeña (por el orden de los mili ohm). la impedancia de entrada y la impedancia de salida de un amplificador inversor ideal: I. R1 Presenta una impedancia de entrada igual a . La señal de entrada se invierte. En primer lugar. luego de las respectivas instrucciones del docente se montó el circuito que se muestra a continuación: E=10 V . Fuente DC . R=0 Ω−10 kΩ. ya que este era un voltaje muy pequeño. el ingeniero se dispuso a explicar la teoría básica para poder realizar el montaje del dispositivo llamado “Puente Wheatstone”. DESARROLLO PRACTICO Esta práctica se desarrolló de la siguiente manera: 1. es decir. B=1 kΩ. el docente planteo implementar un circuito con una etapa de amplificación para que de esta manera se pudiera medir más precisa y exactamente la magnitud que se requería.5 KΩ Rx Nota: es una resistencia la cual tiene un valor en Kilo-ohmios. R x =1. 2. Galvanómetro . A=1kΩ. el voltaje en Vd los terminales de . En segundo lugar. y es desconocida además se desea calcular su magnitud por medio del puente. Multímetro . Resistores varios (variable y de precisión) . como no se pudo medir de manera precisa y exacta el valor que se obtenía en el galvanómetro analógico. Amplificador operacional (TL084) II. Protoboard . . Y a continuación implementos el circuito que se muestra a continuación: . Antes de comenzar con dicho montaje. Por consiguiente. nos dispusimos a montar la siguiente configuración para realizar la prueba antes descrita: R Divisor Nº 2 R Divisor Nº 1 El anterior circuito constaba de: cuatro resistores. por lo cual le colocamos un voltaje . en simples palabras el voltaje de salida era 100 veces el voltaje de la entrada. . R 1=12 KΩ V¿ Al arrojar la respectiva ganancia que se deseaba obtener. RDivisor Nº 2=220 kΩ. cuyos valores eran: cc +¿=9 V . R Divisor Nº 1=2. un amplificador y dos fuentes para las respectivas entradas de alimentación tanto positiva como negativa. la cual era de una magnitud de 100 veces con respecto a la entrada. la guía nos proponía que se hiciéramos una prueba del funcionamiento del amplificador operacional para comprobar si la ganancia del dispositivo concordaba con la propuesta teóricamente. V¿ cc−¿=−9 V . R 2=1.2 kΩ .2 MΩ. de 0. de 0.5µf en la salida del Puente. 8.5µf en Colocar un paralelo a condensador .085V en la entrada.5V. esto debido a que algunos parámetros que se despreciaron. Luego procedimos a montar el circuito que aparece a continuación: En este punto la guía nos proporciona una serie de instrucciones específicas para mejorar el desempeño del amplificador: Colocar un condensador de 0. producto de un divisor de voltaje para que en la salida se obtuviera un valor de: . . Reemplazar el corto entre el punto X y el punto Y por un resistor de un valor igual a R1 . Este aspecto y sus implicaciones se van abarcar más a fondo en el análisis de resultados. la ganancia tuvo un pequeño decrecimiento en la salida y no se obtuvo el valor teórico esperado. por tanto. 487KΩ. utilizando al final un amplificador con el fin de aumentar la salida y ver con mayor claridad el voltaje que nos estaba entregando el puente para posteriormente tomar los datos y llenar la tabla indicada por el docente. además se sugirió que realizáramos la practica en otros espacios.51 2095 1543 1502 Tabla 1. por ende significa que el puente a medida que el valor de la resistencia Rx se aproximaba cada vez más al valor real de la resistencia R1 que era la resistencia de 1. pero tomando en cuenta que la practica en un principio fue diseñada para trabajar con el galvanómetro. para lo cual también se necesitaba tomar ciertos resultados medidos en el laboratorio para lo cual presentamos la siguiente tabla: volts R (+) volts (-) R (-) R R (+) interpolacio óhmetr nes o 0. bueno o con todos los elementos sugeridos.21 1212 -0. ANALISIS DE RESULTADOS Durante la realización de la presente practica se tenían propuestos unos montajes específicos.54 991 -0. además el valor entregado por el óhmetro disminuía cuando el voltaje entre los nodos disminuía considerablemente.11 1297 -0.26 1417 0. III.032609 1462 0.Nota: lo propuesto en la guía de la presente practica planeaba seguir los pasos mencionados anteriormente.741176 1442 0. por cuestiones de agilidad se utiliza el multímetro digital con el cual podemos medir estos valores pequeños no con gran cantidad de cifras significativas pero nos da los valores de tensión que caen sobre el puente. Datos medidos e interpolaciones Realizando las respectivas mediciones e interpolaciones podemos ver que en el circuito al calibrar el puente de wheatstone con el óhmetro se observó que al variar la resistencia el valor que proporcionaba el óhmetro aumentaba siempre y cuando los voltajes entre los nodos del puente eran diferentes entre sí.42 1024 -0.137097 1426 0.32 1862 1455. al aproximarse a dicho valor. pero esto no evita que se cumplan los objetivos planteados ya que los pocos espacios que tuvimos se obtuvieron buenos resultados que mostraremos posteriormente. . pero por el corto periodo del tiempo en el laboratorio las pruebas con el amplificador no fueron las suficientes.3 1109 -0. la diferencia de tensión era cada vez más pequeña.25 1757 1443. pero muchas veces es complejo encontrar lugar para hacerlo y cuando se intentó realizar surgieron otros inconvenientes en la universidad ajenos a todo pero que no permitieron realizar a totalidad la práctica.14 1624 1421.43 1970 1474. por lo cual el multímetro marcaba valores cercanos a cero. Para analizar con más detalle el comportamiento de las resistencias procederemos a realizar un cuadro y grafica para ver cuál es la tendencia del valor de la resistencia según sea el cambio en el voltaje.43 1970 -0.54 991 Tabla 1 Voltajes y resistencias grafico Ilustración 1 Grafico de tendencia de las resistencias Como podemos ver en los anteriores datos se puede ver mejor el comportamiento de las resistencias en el puente wheastone según sea la variación del voltaje en los puntos medidos.42 1024 0. esta aumenta un poco su valor. o cuando el voltaje que exista entre los terminales donde tengamos conectado nuestro dispositivo en el puente la resistencia tiene a variar positivamente es decir que. como lo podemos ver en el anterior gráfico. que está compuesto por cuatro resistencias en donde nos hace falta el valor de una.32 1862 -0. Entonces podemos ver y comprobar la teoría que habíamos aprendido previamente acerca de los puentes con los cuales se nos permite encontrar valores de resistencias que no conocemos en un circuito especifico de cierta configuración. por esto podemos decir que entre más voltaje. con la ayuda de las interpolaciones como en la práctica ya habíamos tomado unos valores. para ello utilizaremos la herramienta Excel para lo cual se plantea la siguiente tabla: volts R (+) (+) -0. entre los puntos que teníamos podemos hallar cualquier cantidad de valores con el fin de ver mejor cual es la tendencia que sigue las resistencias según las variaciones de voltaje que tengamos en el puente.14 1624 0.11 1297 0.3 1109 0.51 2095 -0. como estamos trabajando con valores de resistencia reales estos nunca serán lo que indican sus diferentes etiquetas para ello entonces nosotros procedimos a medir cada uno de estos valores para ver cuánto se acercaba la variación al valor real que debería tener la resistencia que se supone que no conocíamos. alimentado por una fuente entre dos extremos y en teoría cuando tomemos el valor de voltaje .21 1212 0.25 1757 -0. entonces con . y finalmente pasarlos por un proceso de análisis y ver qué sucede con estos para así finalmente encontrar el valor de resistencia que no tenemos que es en el caso cuando la diferencia de potencial es cero y así ver la utilidad que puede tener el puente. Las variantes del circuito del puente de Wheatstone se pueden utilizar para la medida de impedancias.entre los otros puntos de resistencia si la diferencia de potencial es cero. Mientras que usar un circuito para medir una resistencia. Podemos ver que para que el puente se encuentre en equilibro teóricamente el voltaje que debe caer en los extremos del puente debe ser cero. También notamos que los valores representativos de las resistencias calculadas son muy aproximados a los valores medidos de las mismas. pero qué pasa cuando el valor de esta resistencia no es exactamente cero. Podemos ver que la ventaja de usar un puente Wheatstone pata hallar una resistencia desconocida radica en relacionar el valor de resistencias ya establecidas que permanecen constantes. verificando los valores obtenidos con un óhmetro se logra afirmar que se comete un mínimo error. con ese mismo objetivo se plantea el presente laboratorio de ver qué sucede ante estos cambios en la resistencia que pretendemos encontrar. que es una herramienta que nos ayudara en ciertos momentos en que necesitemos medir algún valor resistivo y no tengamos el instrumento adecuado. CONCLUSIONES En esta práctica de laboratorio pudimos corroborar y utilizar además circuito como el Puente de Wheatstone para calcular resistencias. pero como pudimos ver a lo largo de la práctica esto no influye mucho en nuestros resultados ya que todas los materiales son reales y por tanto no tienen valores exactos. capacitancias e inductancias. además que siempre existe la posibilidad de una caída de tensión de la fuente. requiere tomar variables como tensión y corriente eléctrica cuyas mediciones no son exactas. estos valores no dependen de otras variables y siempre permanece con su mismo valor. pero al poner en práctica esto vemos que esta predicción no es del todo acertada ya que siempre aparece una pequeña corriente entre los extremos y por más mínima que sea genera una diferencia de potencial y aunque no la veamos está presente. podremos hacer ciertas suposiciones y determinar el valor de la resistencia faltante. por lo cual se podrá plantear este tipo de configuración para resolver nuestro problema. estos factores alteran el resultado final obteniendo un valor que no es del todo preciso. para el caso actual sería un óhmetro o un multímetro que nos mide todas las variables planteadas anteriormente. . Prentice-Hall Hispanoamericana. los errores debidos a medición de valores de resistencias muy bajos. Por esto entonces vemos la gran utilidad que nos brinda esta herramienta y nos induce a que en el futuro profesional ante un problema cualesquiera sino se tienen los instrumentos. S. ya que todos los datos manipulados presentan una linealidad. H. México DF. (1991) Instrumentación electrónica Moderna y técnicas de medición. a pesar de estas fuentes de error verificamos que el puente es una forma muy precisa de calcular una resistencia desconocida a partir de otras conocidas. (Eds. La principal fuente de error se encuentra en los límites de las tres resistencias conocidas. BIBLIOGRAFÍA [1] Cooper. siempre hay herramientas de este tipo que nos permiten hallar las variables que necesitemos. y Albert. Finalmente se puede concluir que el puente es una buena alternativa de medición de resistencias. W. por último. pero también es importante gracias a la facilidad que brinda en el cálculo y medición. los coeficientes de error de los resistores ya que en este caso no trabajamos con resistores de precisión que reducen este error y. si no se cuentan con aparatos muy avanzados como por ejemplo un voltímetro o amperímetro. siendo útiles para mediciones de alta precisión. Otros errores pueden ser la insensibilidad en el detector de cero.A. reduciendo el error considerablemente. esta linealidad nos da una gran precisión a la hora de arrojar resultados.). las pocas aproximaciones que realicemos va a ser suficiente para que el valor de la resistencia que necesitemos se aproxime mucho a la realidad. cambios en las resistencias debido a los efectos de calentamiento por la corriente. por lo que las debemos analizar y tener muy encuentra ya que nunca sabemos cuándo las vamos a necesitar. Sin embargo.