Circuito del puente Kelvin | Puente doble Kelvin

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

El circuito del puente Kelvin, también conocido como el puente doble Kelvin, es una herramienta esencial en la medición de resistencias de bajo valor. Fue desarrollado por el científico británico William Thomson, también conocido como Lord Kelvin, en la década de 1860. Este circuito consta de cuatro resistencias, dos de las cuales se conectan en serie entre sí y las otras dos en paralelo también entre sí. La corriente se aplica a través de las dos resistencias en serie y una lectura de voltaje se toma a través de las dos resistencias en paralelo. El puente Kelvin es ideal para medir resistencias de alta precisión, especialmente en condiciones de alta corriente o en presencia de cables de prueba de resistencia significativa. En este artículo, exploraremos en detalle el funcionamiento del circuito del puente Kelvin y cómo se utiliza para medir resistencias precisas y de bajo valor.

Principio de funcionamiento

El circuito del puente Kelvin, también conocido como puente doble Kelvin, es un dispositivo utilizado para medir la resistencia eléctrica de un conductor con una alta precisión. El principio de funcionamiento se basa en la comparación de la resistencia de un conductor desconocido con la de un conductor de precisión conocida.

Componentes del circuito del puente Kelvin

  • Resistencia desconocida: es el conductor cuya resistencia se quiere medir.
  • Resistencia conocida: es el conductor de precisión cuya resistencia se conoce con exactitud.
  • Galvanómetro: es un instrumento que se utiliza para medir la corriente eléctrica.
  • Generador de corriente: es un dispositivo que proporciona una corriente eléctrica constante.

El circuito del puente Kelvin se compone de dos ramas, una que contiene la resistencia desconocida y otra que contiene la resistencia conocida. La corriente eléctrica se divide en ambas ramas y se mide en cada una de ellas con el galvanómetro.

El objetivo del circuito del puente Kelvin es conseguir que la corriente eléctrica sea la misma en ambas ramas, lo que se consigue variando la resistencia conocida. Cuando la corriente eléctrica es la misma en ambas ramas, la resistencia desconocida es igual a la resistencia conocida.

Para lograr la igualdad de corriente eléctrica, se utiliza un puente de Wheatstone, que es un circuito en el que cuatro resistencias se conectan en forma de rombo. El puente de Wheatstone se conecta en serie con la resistencia desconocida y la resistencia conocida en una de las ramas del circuito.

En la otra rama del circuito se coloca una resistencia variable, que se ajusta hasta que la corriente eléctrica sea la misma que en la rama que contiene la resistencia desconocida. Cuando la corriente eléctrica es la misma en ambas ramas, la resistencia variable tiene el mismo valor que la resistencia desconocida.

El circuito del puente Kelvin es muy utilizado en la industria para medir la resistencia eléctrica de materiales conductores. Por ejemplo, se utiliza para medir la resistencia eléctrica de los cables de alta tensión en la industria eléctrica, o para medir la resistencia eléctrica de los materiales utilizados en la construcción de puentes y edificios.

Aplicaciones del circuito

El circuito del puente Kelvin, también conocido como puente doble Kelvin, tiene diversas aplicaciones en la industria y en la investigación científica. A continuación, se presentan algunas de las principales aplicaciones de este circuito:

Medición de resistencias de baja resistencia

El circuito del puente Kelvin es muy útil en la medición de resistencias de baja resistencia, ya que permite reducir los errores ocasionados por la resistencia de los cables de conexión. Esto se logra mediante la eliminación de la resistencia de los cables de conexión, que se anula en el cálculo final de la resistencia medida.

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Medición de la resistividad de materiales

El circuito del puente Kelvin también se utiliza en la medición de la resistividad de materiales, como metales y aleaciones. En este caso, se utiliza una configuración de cuatro puntos, donde se aplica una corriente a través de dos puntos y se mide la caída de potencial a través de los otros dos puntos. Esto permite eliminar los efectos de la resistencia de los cables de conexión y obtener una medición más precisa de la resistividad del material.

Medición de la resistencia de contactos eléctricos

Otra aplicación del circuito del puente Kelvin es en la medición de la resistencia de contactos eléctricos. En este caso, se utiliza una configuración de dos puntos, donde se mide la caída de potencial a través del contacto eléctrico. Esto permite determinar la resistencia del contacto y evaluar su calidad.

Medición de la corriente de fuga en componentes electrónicos

El circuito del puente Kelvin también se utiliza en la medición de la corriente de fuga en componentes electrónicos, como diodos y transistores. En este caso, se utiliza una configuración de dos puntos, donde se mide la caída de potencial a través del componente y se calcula la corriente de fuga a partir de esta medición.

Calibración de instrumentos de medición

Finalmente, el circuito del puente Kelvin también se utiliza en la calibración de instrumentos de medición, como multímetros y osciloscopios. En este caso, se utiliza una configuración de cuatro puntos, donde se aplica una señal de corriente o voltaje conocida y se mide la señal de salida del instrumento. Esto permite determinar la precisión y la exactitud del instrumento de medición.

Su capacidad para eliminar los errores ocasionados por la resistencia de los cables de conexión lo convierte en una herramienta muy útil en la industria y en la investigación científica.

Diagramas de conexión

Los diagramas de conexión son representaciones gráficas que muestran cómo se deben conectar los diferentes elementos de un circuito eléctrico. Son fundamentales para garantizar el correcto funcionamiento del circuito y evitar daños en los componentes.

Circuito del puente Kelvin

El circuito del puente Kelvin es un tipo de circuito utilizado para medir resistencias de bajo valor, con una gran precisión. Este circuito está compuesto por cuatro resistencias y un galvanómetro, y se basa en el principio del puente de Wheatstone.

Puente doble Kelvin

El puente doble Kelvin es una variante del circuito del puente Kelvin, que se utiliza para medir resistencias de muy bajo valor. Este tipo de circuito es especialmente útil para medir la resistencia de contactos eléctricos y conexiones de baja resistencia.

Diagrama de conexión del circuito del puente Kelvin

El diagrama de conexión del circuito del puente Kelvin muestra cómo se deben conectar las cuatro resistencias y el galvanómetro para obtener una medición precisa de la resistencia desconocida. En este circuito, las resistencias R1 y R2 son fijas, mientras que las resistencias R3 y R4 son variables.

  • R1 y R2 se conectan en serie y forman una rama del circuito
  • R3 se conecta en serie con la resistencia desconocida y forman otra rama del circuito
  • R4 se conecta en paralelo con la resistencia desconocida y forman otra rama del circuito
  • El galvanómetro se conecta en paralelo con la rama formada por R3 y la resistencia desconocida

Al ajustar las resistencias R3 y R4, se puede equilibrar el circuito y obtener una medición precisa de la resistencia desconocida.

Diagrama de conexión del puente doble Kelvin

El diagrama de conexión del puente doble Kelvin es similar al del circuito del puente Kelvin, pero incluye dos ramas adicionales con resistencias fijas R5 y R6, que se conectan en serie con las resistencias R3 y R4 respectivamente.

  • R1 y R2 se conectan en serie y forman una rama del circuito
  • R3 se conecta en serie con la resistencia desconocida y con la resistencia R5
  • R4 se conecta en paralelo con la resistencia desconocida y con la resistencia R6
  • El galvanómetro se conecta en paralelo con la rama formada por R3 y la resistencia desconocida
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Al ajustar las resistencias R3, R4, R5 y R6, se puede equilibrar el circuito y obtener una medición precisa de la resistencia desconocida, eliminando las resistencias parasitarias presentes en las conexiones.

Ventajas y desventajas de usar un puente doble

El circuito del puente Kelvin o puente doble Kelvin es una herramienta importante en la medición de resistencias de baja resistividad y baja tolerancia. A continuación, se presentan las ventajas y desventajas de usar un puente doble.

Ventajas:

  • Mayor precisión: El puente doble Kelvin ofrece una mayor precisión en la medición de resistencias de baja resistividad y baja tolerancia. Esto se debe a que el circuito utiliza cuatro terminales en lugar de dos, lo que minimiza los efectos de la resistencia de los cables y otros elementos externos.
  • Mayor estabilidad: El puente doble Kelvin es más estable que otros tipos de puentes debido a su diseño y uso de cuatro terminales. Esto reduce los errores causados por cambios en la temperatura o el flujo de corriente.
  • Mayor eficiencia: El puente doble Kelvin es más eficiente en términos de energía y tiempo. Se requiere menos energía para medir la resistencia y se puede obtener una lectura más rápida y precisa.
  • Mayor rango de medición: El puente doble Kelvin tiene un rango de medición más amplio que otros tipos de puentes. Puede medir resistencias desde unos pocos micro-ohmios hasta varios ohmios.

Desventajas:

  • Costo: El puente doble Kelvin es más caro que otros tipos de puentes debido a su diseño y uso de cuatro terminales.
  • Complejidad: El circuito del puente doble Kelvin es más complejo que otros tipos de puentes y requiere conocimientos técnicos para su uso y mantenimiento.
  • Limitaciones: El puente doble Kelvin no es adecuado para medir resistencias de alta tolerancia o alta resistividad.

Sin embargo, también tiene algunas desventajas, como su costo, complejidad y limitaciones en la medición de ciertos tipos de resistencias.

Cálculo de resistencia equivalente

En un circuito eléctrico, la resistencia equivalente es la resistencia total que ofrece el circuito a la corriente eléctrica. El cálculo de la resistencia equivalente es importante para poder diseñar y construir circuitos eléctricos eficientes y seguros.

El circuito del puente Kelvin, también conocido como puente doble Kelvin, es un tipo de circuito utilizado para medir la resistencia eléctrica de un componente con alta precisión. Este circuito se utiliza principalmente en la industria y en la investigación científica.

Para calcular la resistencia equivalente en un circuito del puente Kelvin, se deben seguir los siguientes pasos:

1. Identificar los componentes del circuito: los componentes principales del circuito del puente Kelvin son cuatro resistencias, dos de las cuales son desconocidas y se desea medir su valor.

2. Conectar el circuito: se debe conectar el circuito del puente Kelvin de acuerdo a su diseño. Este circuito consta de dos brazos, cada uno con dos resistencias conectadas en serie. Los dos brazos están conectados en paralelo.

3. Ajustar las resistencias: se debe ajustar la resistencia de las dos resistencias conocidas hasta que el voltaje en los dos puntos de medición sea cero.

4. Medir la resistencia desconocida: una vez que el voltaje en los puntos de medición es cero, se puede medir la resistencia desconocida mediante una fórmula matemática.

La fórmula para calcular la resistencia equivalente en un circuito del puente Kelvin es:

Rx = R1 R2 / R3

Donde Rx es la resistencia desconocida que se desea medir, R1 y R2 son las resistencias conocidas y R3 es la resistencia restante en el otro brazo del circuito.

Por ejemplo, si R1 es de 100 ohmios, R2 es de 200 ohmios y R3 es de 150 ohmios, la resistencia desconocida Rx sería:

Rx = 100 * 200 / 150 = 133.33 ohmios

Siguiendo los pasos adecuados y utilizando la fórmula correcta, se puede obtener una medición precisa y confiable de la resistencia desconocida.

Variaciones del circuito

El circuito del puente Kelvin, también conocido como puente doble Kelvin, es un circuito utilizado para medir resistencias de baja resistencia y precisión. Este circuito se compone de cuatro resistencias y una fuente de alimentación.

Variantes del circuito

Existen varias variantes del circuito del puente Kelvin, entre las cuales se encuentran:

  • Puente doble Kelvin: Este circuito se compone de dos puentes Kelvin en serie. Se utiliza para medir resistencias de muy baja resistencia.
  • Puente de Wheatstone modificado: Este circuito se utiliza para medir resistencias de precisión. En esta variante, se utiliza una resistencia variable en lugar de una fija.
  • Puente de Kelvin con amplificador: Esta variante utiliza un amplificador operacional para amplificar la señal de salida del puente Kelvin. Se utiliza para medir resistencias de precisa medición.
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Ejemplo de uso

Supongamos que queremos medir la resistencia de un cable de cobre de sección transversal muy pequeña. Para ello, podemos utilizar el circuito del puente Kelvin.

Conectamos el cable en serie con una resistencia conocida en una rama del puente y en la otra rama conectamos dos resistencias iguales. Luego, aplicamos una corriente alterna a través del puente y ajustamos la resistencia variable hasta que la corriente que circula por la rama del cable y la resistencia conocida sea cero.

Mediante la ley de Ohm, podemos calcular la resistencia del cable a partir de la resistencia conocida y las resistencias iguales de la otra rama del puente.

Existen varias variantes del circuito que se adaptan a diferentes necesidades de medición.

En resumen, el circuito del puente Kelvin, también conocido como puente doble Kelvin, es una herramienta esencial para medir la resistencia de un conductor con alta precisión. Es especialmente útil cuando se trabaja con conductores de baja resistencia, ya que reduce los efectos de la resistencia de contacto y de los cables de medición. Aunque puede parecer complicado al principio, una vez que se comprende su funcionamiento, resulta fácil de usar y de gran ayuda para aquellos que necesitan mediciones precisas de resistencia. Sin duda, el circuito del puente Kelvin es un invento que ha revolucionado la forma en que se miden las resistencias eléctricas en la actualidad.

En resumen, el circuito del puente Kelvin, también conocido como puente doble Kelvin, es una herramienta esencial para medir la resistencia de un conductor con alta precisión. Es especialmente útil cuando se trabaja con conductores de baja resistencia, ya que reduce los efectos de la resistencia de contacto y de los cables de medición. Aunque puede parecer complicado al principio, una vez que se comprende su funcionamiento, resulta fácil de usar y de gran ayuda para aquellos que necesitan mediciones precisas de resistencia. Sin duda, el circuito del puente Kelvin es un invento que ha revolucionado la forma en que se miden las resistencias eléctricas en la actualidad.

En conclusión, el circuito del puente Kelvin o puente doble Kelvin es una herramienta muy útil en la medición de resistencias bajas y precisas. Esta técnica permite eliminar las resistencias parásitas que pueden afectar a la medición y, por lo tanto, aumenta la precisión del resultado. Es una herramienta muy utilizada en la industria electrónica y de telecomunicaciones, así como también en el campo de la investigación científica y la metrología. Además, el circuito del puente Kelvin es un claro ejemplo de cómo la ingeniería electrónica puede ayudar a mejorar la precisión y la eficiencia de las mediciones en diversos campos.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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