Práctica 6 Puente de Wheatstone Amplificador de Instrumentación

1. OBJETIVOS

• Comprobar el funcionamiento del puente de Wheatstone.
• Conocer las características de operación del amplificador de instrumentación y su importancia para acoplar señales de bajo nivel.

2. MARCO TEORICO

Un puente de Wheatstone. es un instrumento eléctrico de medida inventado por Samuel Hunter Christie en 1832, mejorado y popularizado por Sir Charles Wheatstone en 1843. Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.

Figura 1.-Disposición del Puente de Wheatstone.

La Figura 1 siguiente muestra la disposición eléctrica del circuito y la Figura 2 corresponde a la imagen real de un puente de Wheatstone típico.

En la Figura 1 vemos que, R_x es la resistencia cuyo valor queremos determinar, R₁, R₂ y R₃ son resistencias de valores conocidos, además la resistencia R₂ es ajustable. Si la relación de las dos resistencias del brazo conocido (R₁/R₂) es igual a la relación de las dos del brazo desconocido (R_x/R₃), el voltaje entre los dos puntos medios será nulo y por tanto no circulará corriente alguna entre esos dos puntos C y B.

Para efectuar la medida lo que se hace es variar la resistencia R₂ hasta alcanzar el punto de equilibrio. La detección de corriente nula se puede hacer con gran precisión mediante el galvanómetro A.

La dirección de la corriente, en caso de desequilibrio, indica si R₂ es demasiado alta o demasiado baja. El valor de la F.E.M. (E) del generador es indiferente y no afecta a la medida.

Figura 2.- Imagen de un Puente de Wheatstone típico.

Cuando el puente esta construido de forma que R₃ es igual a R₂, R_x es igual a R₁ en condición de equilibrio.(corriente nula por el galvanómetro).

Asimismo, en condición de equilibrio siempre se cumple que:

Si los valores de R₁, R₂ y R₃ se conocen con mucha precisión, el valor de R_x puede ser determinado igualmente con precisión. Pequeños cambios en el valor de R_x romperán el equilibrio y serán claramente detectados por la indicación del galvanómetro.

De forma alternativa, si los valores de R₁, R₂ y R₃ son conocidos y R₂ no es ajustable, la corriente que fluye a través del galvanómetro puede ser utilizada para calcular el valor de R_x siendo este procedimiento más rápido que el ajustar a cero la corriente a través del medidor.

Variantes

Variantes del puente de Wheatstone se pueden utilizar para la medida de impedancias, capacitancias e inductancias

La disposición en puente también es ampliamente utilizada en instrumentación electrónica. Para ello, se sustituyen una o más resistencias por sensores, que al variar su resistencia dan lugar a una salida proporcional a la variación. A la salida del puente (en la Figura 1, donde está el galvanómetro) suele colocarse un amplificador .

3. MATERIALES Y EQUIPOS

·      Fuente de voltaje D.C. (2)

·      Multímetro

·      Opamp LF353N

·      Resistencias 100Ω (3)

·      Trimmer (500Ω)

·      Protoboard

4. PROCEDIMIENTO

4.1) Implementar el siguiente circuito “Puente de Wheatstone”  para R_A=R_B=R_C=100Ω. Estas resistencias deben ser lo más precisas posible (trimmer).

Para R_S se recomienda conectar un trimmer de 500Ω

V=5V

Vi = 547mV

Va = 3.04 V

Vb = 2.49V

Vo = 9.29V

4.4) Acoplar el puente de Wheatstone  con el amplificador de instrumentación como lo indican sus terminales V_a y V_b.

4.5) completar la siguiente tabla.

RS(Ω)	Va	Vb	Vab	Vo	Av
80	2.24 V	2.49V	-0.25 V	-7.49V	29.96
85	2.28V	2.49V	-0.21V	-6.14V	29.23
90	2.38V	2.49V	-0.11V	-3.25V	29.54
95	2.46V	2.49V	-0.03V	-0.92V	30.66
100	2.53V	2.49V	0.04V	-1.02V	25.5
105	2.58V	2.49V	0.09V	2.72V	30.2
110	2.64V	2.49V	0.15V	4.47V	29.08
115	2.70V	2.49V	0.21V	6V	28.57

4.7) Consultar todo acerca de los sensores resistivos RTD, específicamente las PT100, explicar el acople que se realizaría y su funcionamiento al adaptarlo al circuito anteriormente analizado.

Los detectores de temperatura resistivos (RTD – Resistance Temperatura Detector) son sensores de temperatura basados en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. Su símbolo es el siguiente, en el que se indica una variación lineal con coeficiente de temperatura positivo.

Símbolo RTD

Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitación, y mayor resistencia.


La variación de la resistencia puede ser expresada de manera polinómica como sigue a continuación. Por lo general, la variación es bastante lineal en márgenes amplios de temperatura.

donde:

• R₀ es la resistencia a la temperatura de referencia T₀
• ΔT es la desviación de temperatura respecto a T₀ (ΔT = T − T₀)
• α es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0 °C, interesa que sea de gran valor y constante con la temperatura

5. CONCLUSIONES .

Se comprobó el funcionamiento del puente de Wheatstone.

Conocimos  las diferentes características de operación del amplificador de instrumentación y su importancia para acoplar señales de bajo nivel.