Circuitos de medición de resistencia
(T6)
(T7)
(T8)
(T9)
(T10)
(T11)
Se hace igual a 1 con lo cual RL se anula y la compensación es plena. Se obtiene entonces la expresión T12:
(T12)
(T13)
La medición de temperatura con termómetros de resistencia se reduce a la medición de resistencia eléctrica. Las técnicas de medición de resistencia han evolucionado mejorando la exactitud.
Los circuitos más usados son:
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El puente de Wheatstone
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El puente de Callendar - Griffiths
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El puente de doble guía
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El puente capacitivo
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El puente de Muelle
Puente de Wheatstone:
Un puente de Wheatstone es un circuito utilizado 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.
Montaje de dos hilos:
En la figura T13 se muestra el montaje de dos hilos:
Figura T13. Montaje de dos hilos
Es el sistema básico para la medición de resistencia. Una batería aplica un voltaje constante a través de dos puntos y un galvanómetro se conecta a los otros dos puntos.
Todas las resistencias, incluyendo la variable, son de manganina para prevenir el efecto de los cambios de temperatura ambiente.
De aquí podemos obtener el valor de la sonda de resistencia como:
Este es el montaje más sencillo pero presenta el inconveniente de que la resistencia de los hilos a y b de conexión de la sonde al puente varia cuando cambia la temperatura, y esta variación falsea por lo tanto la indicación; las longitudes que puede haber en campo entre la sonda y el panel donde está el instrumento receptor, añaden cierta resistencia al brazo de la zona. En efecto la ecuación anterior para a ser la expresión T8:
Donde:
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X = valor de la resistencia desconocida
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K = coeficiente de resistencia por unidad de longitud
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A y b = longitudes de los hilos de conexión de la sonde al puente.
El montaje de dos hilos se emplea, pues, con resistencias moderadas del hilo de conexión y cuando la lectura no necesita ser demasiado exacta.
Montaje de tres hilos:
En la figura T14 se muestra el montaje de tres hilos:
Figura T14. Montaje de tres hilos
En este circuito la sonda está conectada mediante tres hilos al puente. De este modo, la medida no es afectada por la longitud de los conductores ni por la temperatura, ya que esta influye a la vez en dos brazos adyacentes del puente, siendo la única condición que la resistencia de los hilos a y b sean exactamente la misma.
En efecto en la figura puede verse que la ecuación T9 correspondiente es:
Y como Ka = Kb, haciendo:
R3 puede ajustarse a un valor igual a X para que el galvanómetro no indique tensión.
Montaje de cuatro hilos:
Se utiliza para obtener la mayor precisión posible en la medida como es el caso de calibración de patrones de resistencia en laboratorio. Se basa en efectuar dos mediciones de la resistencia de la sonda combinando las conexiones de modo tal que la sonda pase de un brazo del puente al adyacente. De este modo se compensan las resistencias desiguales de los hilos de conexión.
En el montaje de cuatro hilos, el puente se alimenta con una fuente de corriente constante, de modo que, independientemente de las resistencias de los hilos de conexión, la misma corriente circula por el detector, las resistencias de los puentes son elevadas, con lo cual la corriente que circula por los brazos del puente es despreciable y se obtiene la máxima exactitud. El voltímetro indica la resistencia de la sonda, y por lo tanto, la temperatura del proceso en la figura T15 se puede observar este montaje.
Figura T15. Montaje de cuatro hilos del puente de Wheatstone
Puente de Callendar – Griffiths:
En la figura T16 se muestra el montaje del puente de Callendar – Griffiths:
Figura T16. Puente de Callendar – Griffiths.
El puente posee dos guías C1 y C2 conectadas mecánicamente de forma que se mueven simultáneamente. El ajuste simultaneo de C1 y C2 balancea el puente.
Este puente tiene las siguientes ventajas:
1. El efecto de las resistencias por contacto en C1 y C2 no tiene efecto apreciable sobre la exactitud puesto que solo influyen en el brazo del galvanómetro y de la batería.
2. El puente está diseñado para compensación plena de los cambios de resistencia de los cables de conexión mediante el uso del sistema Siemens y de dos resistencias variables. En este caso la expresión T10 para el valor de la resistencia de la sonda será:
Puente capacitivo:
En la figura T17 se observa el montaje del puente capacitivo:
Si el puente está diseñado de manera que la ecuación T11 queda:
Figura T17. Puente capacitivo
Usa un suministro de C.A. de 1000 cps y el balance del puente se detecta por métodos electrónicos.
El capacitor variable C3 se usa para el balance del puente. Y la expresión T13 para el valor de la resistencia de la sonda será:
Características del puente:
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La compensación de la resistencia a través de los cables de conexión se logra a través del sistema de tres hilos. La compensación no es exacta ya que no se puede lograr todo el tiempo que Z1 = Z2. Esta es exacta en un punto medio mientras que en los demás el error es despreciable.
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El efecto de las resistencias por contacto se elimina por el hecho de no existir guías.
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El efecto de calentamiento en r se reduce mediante el uso de altos valores de las resistencias del puente.