Un resumen sobre el puente de Wheatstone y cómo funciona

El término «puente de Wheatstone» también se denomina puente de resistencia, es decir, acuñado por «Charles Wheatstone». Este circuito puente se utiliza para calcular valores de resistencia desconocidos y como medio para regular instrumentos de medición, amperímetros, voltímetros, etc. Pero los milímetros digitales de hoy ofrecen la forma más fácil de calcular la resistencia. En los últimos días, el puente de Wheatstone se utiliza en muchas aplicaciones, tales como; se puede usar con amplificadores operacionales modernos para interconectar varios sensores y transductores con circuitos amplificadores. Este circuito puente está construido con dos resistencias simples en serie y en paralelo entre un terminal de suministro de voltaje y terminales de tierra. Cuando el puente está balanceado, la terminal de tierra produce una diferencia de voltaje cero entre las dos ramas paralelas. Un puente de Wheatstone consta de dos terminales i/p y dos terminales o/p que comprenden cuatro resistencias dispuestas en forma de diamante.


Puente de Wheatstone

El puente de Wheatstone y cómo funciona

Un puente de Wheatstone se usa ampliamente para medir la resistencia eléctrica. Este circuito está construido con dos resistencias conocidas, una resistencia desconocida y una resistencia variable conectada en forma de puente. Cuando se ajusta la resistencia variable, la corriente en el galvanómetro se vuelve cero, la relación de dos resistencias desconocidas es igual a la relación del valor de la resistencia desconocida y el valor ajustado de la resistencia variable. Mediante el uso de un puente de Wheatstone, el valor desconocido de la resistencia eléctrica se puede medir fácilmente.

Disposición del circuito del puente de Wheatstone

El diseño del circuito del puente de Wheatstone se muestra a continuación. Este circuito está diseñado con cuatro brazos, a saber, AB, BC, CD y AD, y consta de resistencias eléctricas P, Q, R y S. Entre estas cuatro resistencias, P y Q son resistencias eléctricas fijas conocidas. Un galvanómetro está conectado entre las terminales B y D a través de un interruptor S1. La fuente de tensión está conectada a los terminales A y C a través de un interruptor S2. Una resistencia variable «S» está conectada entre las terminales C y D. El potencial en la terminal D varía a medida que se ajusta el valor de la resistencia variable. Por ejemplo, las corrientes I1 e I2 cruzan los puntos ADC y ABC. Cuando el valor de resistencia del brazo CD varía, la corriente I2 también variará.

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Disposición del circuito del puente de Wheatstone
Disposición del circuito del puente de Wheatstone

Si tendemos a ajustar la resistencia variable, un estado de cosas podría regresar una vez cuando la caída de voltaje a través de la resistencia S, es decir, I2.S, se vuelve específicamente capaz de la caída de voltaje a través de los terminales de la resistencia Q, es decir, I1.Q. Por lo tanto, el potencial del punto B se vuelve igual al potencial del punto D, por lo tanto, la diferencia de potencial entre estos dos puntos es cero, por lo tanto, la corriente a través del galvanómetro es cero. Entonces la desviación en el galvanómetro es cero cuando el interruptor S2 está cerrado.

Derivación del puente de Wheatstone

Del circuito anterior, las corrientes I1 e I2 son

I1=G/P+Q y I2=G/R+S

Ahora, el potencial del punto B con respecto al punto C es la caída de voltaje en el transistor Q, por lo que la ecuación es

I1Q= VQ/P+Q …………………………..(1)

El potencial del punto D con respecto a C es la caída de tensión en la resistencia S, entonces la ecuación es

I2S=VS/R+S …………………………..(2)

De las ecuaciones 1 y 2 anteriores, obtenemos,

VD/P+Q = VS/R+S

` Q/P+Q = S/R+S

P+Q/Q=R+S/S

P/Q+1=R/S+1

P/Q=R/E

R=SxP/Q

Aquí, en la ecuación anterior, se conocen los valores de P/Q y S, por lo que el valor de R se puede determinar fácilmente.

Las resistencias eléctricas del puente de Wheatstone como P y Q están hechas de relación definida, son 1:1; 10:1 (o) 100:1 conocido como brazo de relación y brazo de reóstato S siempre es variable de 1 a 1000 ohmios o de 1 a 10 000 ohmios

Ejemplo de un puente de Wheatstone

El siguiente circuito es un puente de Wheatstone desequilibrado, calcule el voltaje de salida entre los puntos C y D y el valor de la resistencia R4 es necesario para equilibrar el circuito del puente.

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Ejemplo de un puente de Wheatstone
Ejemplo de un puente de Wheatstone

El primer brazo en serie en el circuito anterior es ACB
Vc= (R2/(R1+R2)) X Vs
R2=120 ohmios, R1=80 ohmios, Vs=100
Sustituye estos valores en la ecuación anterior
Vc= (120/(80+120)) X 100
= 60 voltios
El segundo brazo de la serie en el circuito anterior es ADB

VD = R4/(R3+R4) X Vs

VD= 160/ (480+160) X 100
=25V
El voltaje en los puntos C y D viene dado por
Vsal= VC-VD
Vout= 60-25 = 35 voltios.
El valor de la resistencia R4 necesaria para equilibrar el puente de Wheatstone viene dado por:
R4= R2 R3/R1
120X480/ 80
720 ohmios.

Entonces, finalmente, podemos concluir que el puente de Wheatstone tiene dos terminales i/p y dos terminales o/p, a saber, A y B, C y D. Cuando el circuito anterior está balanceado, el voltaje a través de o/p es cero voltios. Cuando el puente de Wheatstone está desequilibrado, la tensión de salida puede ser +ve o –ve dependiendo de la dirección del desequilibrio.

Aplicación del puente de Wheatstone

La aplicación del puente de Wheatstone es un detector de luz que utiliza el circuito del puente de Wheatstone.

Circuito detector de luz de puente de Wheatstone
Circuito detector de luz de puente de Wheatstone

Los circuitos de puente balanceado se utilizan en muchas aplicaciones electrónicas para medir cambios en la intensidad de la luz, la tensión o la presión. Los diferentes tipos de sensores resistivos que se pueden usar en un circuito de puente de Wheatstone incluyen: potenciómetros, LDR, galgas extensométricas y termistores, etc.

Las aplicaciones del puente de Wheatstone se utilizan para detectar cantidades eléctricas y mecánicas. Pero la aplicación simple del puente de Wheatstone es la medición de la luz usando un dispositivo fotorresistente. En el circuito del puente de Wheatstone, se coloca una resistencia dependiente de la luz en lugar de una de las resistencias.

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Un LDR es un sensor resistivo pasivo, que se utiliza para convertir los niveles de luz visible en un cambio de resistencia y luego en voltaje. LDR se puede utilizar para medir y controlar el nivel de intensidad de la luz. LDR tiene una resistencia de varios Megha ohms en luz baja u oscura alrededor de 900 Ω a una intensidad de luz de 100 Lux y hasta alrededor de 30 ohms en luz brillante. Al conectar la resistencia dependiente de la luz al circuito del puente de Wheatstone, podemos medir y controlar los cambios en los niveles de luz.

Este es el puente de Wheatstone y el principio del puente de Wheatstone, cómo funciona con la aplicación. Esperamos que tenga una mejor comprensión de este concepto. Además, para cualquier consulta o duda con respecto a este artículo o proyectos electrónicos, dé su opinión comentando en la sección de comentarios a continuación.

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