Medición de resistencia

A resistencia é un dos elementos máis básicos que se atopan na enxeñaría eléctrica e electrónica. O valor da resistencia na enxeñaría varía desde valores moi pequenos, como a resistencia dunha bobina de transformador, ata valores moi altos, como a resistencia de aislamento da mesma bobina de transformador. Aínda que un multimetro funciona bastante ben se necesitamos un valor aproximado da resistencia, para valores precisos, especialmente nos extremos baixos e altos, precisamos de métodos específicos. Neste artigo discutiremos varios métodos de medición da resistencia. Para este propósito, categorizamos a resistencia en tres clases-

Medición de Baixa Resistencia (<1Ω)

O principal problema na medición de baixa resistencia é a resistencia de contacto ou resistencia dos cables dos instrumentos de medida, que, aínda que sexa pequena, é comparábel coa resistencia que se está midendo e, polo tanto, causa erros significativos.
Por tanto, para eliminar este problema, as resistencias de baixo valor constrúense con catro terminais. Dous terminais son os de corrente e os outros dous son os de potencial.
A figura a continuación mostra a construción da resistencia baixa.

A corrente flúe a través dos terminais de corrente C1 e C2, mentres que a caída de potencial mídese entre os terminais de potencial V1 e V2. Polo tanto, podemos determinar o valor da resistencia no experimento en función de V e I, como se indica na figura superior. Este método axuda a excluir a resistencia de contacto debido aos terminais de corrente, e aínda que a resistencia de contacto dos terminais de potencial aínda está presente, é unha pequena fracción da alta resistencia do circuito de potencial e, polo tanto, induce un erro insignificante.

Os métodos empregados para a medición de resistencias baixas son:-

• Método do Puente Doble de Kelvin

• Método do Potenciómetro

• Ohmmeter Ducter.

Puente Doble de Kelvin

O puente dobre de Kelvin é unha modificación do simple puente de Wheatstone. A figura a continuación amosa o diagrama de circuito do puente dobre de Kelvin.

Como podemos ver na figura superior, hai dous conxuntos de brazos, un con resistencias P e Q e outro con resistencias p e q. R é a resistencia baixa descoñecida e S é unha resistencia estándar. Aquí r representa a resistencia de contacto entre a resistencia descoñecida e a resistencia estándar, cuxo efecto necesitamos eliminar. Para a medición, igualamos a relación P/Q a p/q e, polo tanto, formamos un puente de Wheatstone equilibrado, levando a unha deflexión nula no galvanómetro. Polo tanto, para un puente equilibrado, podemos escribir

Substituíndo a ecuación 2 na 1 e resolviendo e usando P/Q = p/q, obtemos-

Polo tanto, vemos que usando braços dobles equilibrados, podemos eliminar completamente a resistencia de contacto e, polo tanto, o erro debido a ela. Para eliminar outro erro causado pola fmf térmica, tomamos outra lectura con a conexión da batería invertida e finalmente tomamos a media das dúas lecturas. Este puente é útil para resistencias no rango de 0.1µΩ a 1.0 Ω.

Ohmmeter Ducter

É un instrumento electromecánico usado para a medición de resistencias baixas. Comprende un imán permanente semellante ao dun instrumento PMMC e dúas bobinas entre o campo magnético creado polos polos do imán. As dúas bobinas están a ángulos rectos unha coa outra e son libres para xirar sobre o eixe común. A figura a continuación amosa un Ohmmeter Ducter e as conexións necesarias para medir unha resistencia descoñecida R.

Unha das bobinas, chamada bobina de corrente, está conectada aos terminais de corrente C1 e C2, mentres que a outra bobina, chamada bobina de voltaxe, está conectada aos terminais de potencial V1 e V2. A bobina de voltaxe leva corrente proporcional á caída de voltaxe a través de R e, polo tanto, é o seu par producido. A bobina de corrente leva corrente proporcional á corrente que fluí a través de R e, polo tanto, tamén é o seu par. Ambos os pares actúan en dirección oposta e o indicador pára cando os dous son iguais. Este instrumento é útil para resistencias no rango de 100µΩ a 5Ω.

Medición de Resistencia Media (1Ω – 100kΩ)

Seguidamente, os métodos empregados para medir unha resistencia cuxo valor está no rango de 1Ω – 100kΩ son:

• Método Amperimetro-Voltimetro

• Método do Puente de Wheatstone

• Método de Substitución

• Método do Puente de Carey-Foster

• Método do Ohmmeter

Método Amperimetro-Voltimetro

Este é o método máis crudo e simple para medir resistencia. Utiliza un amperímetro para medir a corrente, I, e un voltimetro para medir a tensión, V, e obtemos o valor da resistencia como

Agora podemos ter dúas posibles conexións do amperímetro e do voltimetro, mostradas na figura a continuación.

Nela figura 1, o voltimetro mide a caída de tensión a través do amperímetro e a resistencia descoñecida, polo tanto,

Polo tanto, o erro relativo será,

Para a conexión na figura 2, o amperímetro mide a suma da corrente a través do voltimetro e a resistencia, polo tanto,

O erro relativo será,

Pode observarse que o erro relativo é cero para Ra = 0 no primeiro caso e Rv = ∞ no segundo caso. Agora a pregunta é que conexión usar en cada caso. Para atopalo, igualamos ambos os erros

Polo tanto, para resistencias maiores que as dadas pola ecuación anterior, usamos o primeiro método e para menores, usamos o segundo método.

Método do Puente de Wheatstone

Este é o circuito de puente máis simple e básico usado nos estudos de medición. Principalmente consiste en catro brazos de resistencia P, Q; R e S. R é a resistencia descoñecida no experimento, mentres que S é unha resistencia estándar. P e Q son coñecidos como os brazos de razón. Unha fonte de EMF está conectada entre os puntos a e b, mentres que un galvanómetro está conectado entre os puntos c e d.

Un circuito de puente sempre funciona no principio da detección nula, é dicir, variamos un parámetro ata que o detector mostre cero e logo usamos unha relación matemática para determinar o descoñecido en termos do parámetro variable e outras constantes. Aquí tamén a resistencia estándar, S, varía para obter unha deflexión nula no