Medición de Resistencia

La resistencia es uno de los elementos más básicos que se encuentran en la ingeniería eléctrica y electrónica. El valor de la resistencia en la ingeniería varía desde valores muy pequeños, como la resistencia de un devanado de transformador, hasta valores muy altos, como la resistencia de aislamiento del mismo devanado de transformador. Aunque un multímetro funciona bastante bien si necesitamos un valor aproximado de la resistencia, para valores precisos y especialmente en rangos muy bajos y muy altos, necesitamos métodos específicos. En este artículo discutiremos varios métodos de medición de resistencia. Para este propósito, categorizamos la resistencia en tres clases-

Medición de Baja Resistencia (<1Ω)

El principal problema en la medición de bajas resistencias es la resistencia de contacto o resistencia de los cables de los instrumentos de medición, aunque siendo pequeña en valor, es comparable a la resistencia que se está midiendo y, por lo tanto, causa errores serios. Así, para eliminar este problema, las resistencias de bajo valor se construyen con cuatro terminales. Dos terminales son terminales de corriente y los otros dos son terminales de potencial. La figura siguiente muestra la construcción de una baja resistencia.

La corriente fluye a través de los terminales de corriente C1 y C2, mientras que la caída de potencial se mide entre los terminales de potencial V1 y V2. Por lo tanto, podemos determinar el valor de la resistencia en experimento en términos de V e I, como se indica en la figura anterior. Este método nos ayuda a excluir la resistencia de contacto debido a los terminales de corriente, y aunque la resistencia de contacto de los terminales de potencial todavía está presente, es una fracción muy pequeña de la alta resistencia del circuito de potencial y, por lo tanto, induce un error insignificante.

Los métodos empleados para la medición de bajas resistencias son:

• Método del Puente Doble de Kelvin

• Método del Potenciómetro

• Ohmmetro Ducter.

Puente Doble de Kelvin

El puente doble de Kelvin es una modificación del puente de Wheatstone simple. La figura siguiente muestra el diagrama de circuito del puente doble de Kelvin.

Como se puede ver en la figura anterior, hay dos conjuntos de brazos, uno con resistencias P y Q y otro con resistencias p y q. R es la resistencia desconocida baja y S es una resistencia estándar. Aquí, r representa la resistencia de contacto entre la resistencia desconocida y la resistencia estándar, cuyo efecto necesitamos eliminar. Para la medición, hacemos que la relación P/Q sea igual a p/q, y por lo tanto, se forma un puente de Wheatstone equilibrado, lo que lleva a una deflexión nula en el galvanómetro. Por lo tanto, para un puente equilibrado, podemos escribir

Sustituyendo la ecuación 2 en 1 y resolviendo, y usando P/Q = p/q, obtenemos-

Por lo tanto, vemos que utilizando brazos dobles equilibrados, podemos eliminar completamente la resistencia de contacto y, por lo tanto, el error debido a ella. Para eliminar otro error causado por la f.d.t. (fuerza electromotriz termoeléctrica), tomamos otra lectura con la conexión de la batería invertida y finalmente tomamos el promedio de las dos lecturas. Este puente es útil para resistencias en el rango de 0.1µΩ a 1.0 Ω.

Ohmmetro Ducter

Es un instrumento electromecánico utilizado para la medición de bajas resistencias. Comprende un imán permanente similar al de un instrumento PMMC y dos bobinas entre el campo magnético creado por los polos del imán. Las dos bobinas están a ángulos rectos entre sí y son libres de rotar alrededor del eje común. La figura siguiente muestra un Ohmmetro Ducter y las conexiones requeridas para medir una resistencia desconocida R.

Una de las bobinas, llamada bobina de corriente, está conectada a los terminales de corriente C1 y C2, mientras que la otra bobina, llamada bobina de voltaje, está conectada a los terminales de potencial V1 y V2. La bobina de voltaje lleva una corriente proporcional a la caída de tensión a través de R y, por lo tanto, también su par de torsión. La bobina de corriente lleva una corriente proporcional a la corriente que fluye a través de R y, por lo tanto, también su par de torsión. Ambos pares actúan en direcciones opuestas y el indicador se detiene cuando ambos son iguales. Este instrumento es útil para resistencias en el rango de 100µΩ a 5Ω.

Medición de Resistencia Media (1Ω – 100kΩ)

A continuación se presentan los métodos utilizados para medir una resistencia cuyo valor está en el rango de 1Ω – 100kΩ –

• Método Amperímetro-Voltímetro

• Método del Puente de Wheatstone

• Método de Sustitución

• Método del Puente de Carey-Foster

• Método del Ohmmetro

Método Amperímetro Voltímetro

Este es el método más crudo y simple para medir la resistencia. Utiliza un amperímetro para medir la corriente, I, y un voltímetro para medir el voltaje, V, y obtenemos el valor de la resistencia como

Ahora podemos tener dos posibles conexiones del amperímetro y el voltímetro, como se muestra en la figura siguiente.

En la figura 1, el voltímetro mide la caída de tensión a través del amperímetro y la resistencia desconocida, por lo tanto,

Por lo tanto, el error relativo será,

Para la conexión en la figura 2, el amperímetro mide la suma de la corriente a través del voltímetro y la resistencia, por lo tanto,

El error relativo será,

Se puede observar que el error relativo es cero para Ra = 0 en el primer caso y Rv = ∞ en el segundo caso. Ahora la pregunta es cuál conexión usar en cada caso. Para averiguar esto, igualamos ambos errores

Por lo tanto, para resistencias mayores que la dada por la ecuación anterior, usamos el primer método y para menores, usamos el segundo método.

Método del Puente de Wheatstone

Este es el circuito de puente más simple y básico utilizado en estudios de medición. Principalmente consta de cuatro brazos de resistencia P, Q; R y S. R es la resistencia desconocida en experimento, mientras que S es una resistencia estándar. P y Q se conocen como los brazos de razón. Una fuente de EMF se conecta entre los puntos a y b, mientras que un galvanómetro se conecta entre los puntos c y d.

Un circuito de puente siempre funciona sobre el principio de la detección nula, es decir, variamos un parámetro hasta que el detector muestra cero y luego utilizamos una relación matemática para determinar lo desconocido en términos del parámetro variable y otras constantes. Aquí también, la resistencia estándar, S, se varía para obtener una deflexión nula en el galvan