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INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO OGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

Versión 1.0 Periodo 2019-2

PUENTE DE WHEASTSTONE 

Morales Santiago, Stiven Orjuela, Paulo Valbuena [email protected], [email protected], [email protected] Profesor: Martínez David

– En esta practica de laboratorio aprendimos a usar el puente de Wheastone donde sabiendo su funcionamiento, nos ayuda a tener un idea para nuestros futuros temas de aprendizaje como sensores y actuadores, ya que puede ayudarnos a medir resistencias de valores pequeños conociendo el valor de las demás. Resumen

Palabras Clave: - Puente de Wheastone, Protoboard,

Resistencias, Fuente de Alimentación, Multímetro, Motor.

I.

INTRODUCCIÓN

Inicialmente investigamos acerca de las leyes de Kirchhoff y sus métodos de análisis de circuitos electrónicos como lo son las mallas y los nodos, donde las mallas es para hallar corrientes de malla y nodos para hallar sus respectivos voltajes, gracias a esto, el análisis de circuitos electrónicos es mucho mas sencillo, y conocer el voltaje, la corriente y potencia de cada rama es mucho mas sencillo. II.

TRABAJO PREVIO

¿ CUÁL ES EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL PUENTE DE WHEATSTONE? Un puente de Wheatstone es un circuito eléctrico que se utilizapara medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio delos brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito 

cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida. ¿Cuáles son los Usos del puente de Wheatstone de C.D. como en C.A? a) Mediante termistores NTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: sensor de temperatura (termómetro), medidor de la velocidad de fluidos, estabilización de tensiones, etc. b) Utilizando en el puente una LDR o fotorresistencia se utiliza para aplicaciones en circuitos donde se necesita detectar la ausencia de luz de día: - Luz nocturna de encendido automático, que utiliza una fotorresistencia para activar una o más luces al llegar la noche. - Relés controlados por luz, donde el estado de iluminación de la fotorresistencia, activa o desactiva un interruptor, que puede tener un gran número de aplicaciones c) En el desarrollo de galgas extensométricas utilizadas para comprobar el asentamiento de construcciones de hormigón. Este tipo de galgas son un sensor basado en el efecto piezorresistivo. Un esfuerzo que deforma a la galga producirá una variación en su resistencia eléctrica. Esta variación de resistencia llevará consigo una variación de voltaje que mediremos mediante el puente de Wheatstone.

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Existe alguna relación entre sensores, actuadores y puente de Wheatstone El Puente de Wheatstone, es un circuito puente con una configuración similar al puente de diodos ya estudiado para la realización de un rectificador de onda completa, pero sustituyendo los diodos por resistores. Este circuito comúnmente es usado para realizar la medición, cuando el elemento sensor entrega una señal eléctrica relativamente pequeña. Su funcionamiento se basa en la existencia de dos ramas balanceadas y en la introducción en una de ellas o ambas de los elementos sensores, el cual(es) varia(n) su parámetro. De esta manera se toma una muestra de las dos ramas para ser procesada.

IV.

Versión 1.0 Periodo 2019-2

COMPETENCIAS POR DESARROLLAR

 Habilidad para realizar un prototipo de circuito donde se establece una relación con el puente de Wheatstone.  Capacidad para comprobar de manera experimental la teoría sobre el puente de Wheatstone.  Optimo manejo de herramientas de laboratorio.  Actualización de conocimientos y de métodos de trabajo.  Habilidad con el puente para hacer rotación directa e inversa en un motor

¿Qué importancia tiene el puente de Wheatstone dentro de su perfil ocupacional como Ingeniero Mecatrónico? El puente de wheastone es útil e importante debido a que puede ser utilizado para encontrar resistencias desconocidas con gran precisión y exactitud generando así que un sistema electrónico pueda ser más óptimo y eficiente

III.

PRECAUCIONES

 Tener en cuenta los valores de las resistencias para que la corriente que se genere en el circuito no sea muy alta.  Tener presente la escala del multímetro de acuerdo a la medida de voltaje o corriente que se realizara.  Puede conectarse a cualquier voltaje en corriente directa, recomendable no más de 12 voltios

V.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Para desarrollar la practica del puente de Whetstone, hicimos una investigación previa, en donde aprendimos que es y cual es su funcionamiento, en el cual podremos hacer uso de este circuito para proyectos futuros como ingenieros, asi que ayudándonos de la guía, seguimos una serie de pasos, los cuales nos guiaba para lograr hacer bien el ejercicio y entender a la perfeccion como funciona, y a la vez íbamos registrando nuestros datos obtenidos de voltaje y corriente. Escogimos nuestras resistencias, con valores no tan pequeños para que no recibieran mas potencia de la que soportan, con un potenciómetro de 10K y fueron las siguientes mostradas en la tabla:

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Resistencia

Código de Colores

R1: 3500 R2: 5600

Dato

Dato

Teórico Práctico (kΩ)

(kΩ)

3.5

3.53

5.6

5.48

4.7

R3: 4700

4.78

Figure 2. Simulacion Puente de Wheastone

Resistencia (Ω)

Una vez con nuestras tres resistencias, procedimos a hacer nuestro puente de Wheastone de la Figure 1 en la protoboard, usando una fuente de voltaje de 10V, variando el valor del potenciómetro hasta que el V2 entre los nodos A y B nos diera cero. Hallamos con la siguiente formula el valor de una de las resistencias del circuito para comprobar si los resultados obtenidos de la simulacion, concuerdan con las condiciones del Puente de Wheastone: R 2 R3 R1

R1 =

(mA)

3.79 6.06

R3 4700 R4 7520

3.83 0.814 6.14 0.816 Experimental (E)

(Ω)

Figure 1. Puente de Wheastone

Voltaje (V)

Corriente

R1 3500 R2 5600

Resistencia

R4 =

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R1 3530 R2 5480 R3 4780 R4 7300 Resistencia (Ω) R1 3500 R2 5600 R3 4700 R4 7520

Voltaje (V)

1.08 1.08

Corriente (mA)

3.93 1.11 6.09 1.11 3.95 0.82 6.06 0.67 Simulación Voltaje (V) 3.85 6.15 3.85 6.15

Corriente (mA) 1.10 1.10 0.82 0.82

Valor Resistencia (k Ω) 3.5 5.6 4.7 7.52 Valor Resistencia (k Ω) 3.53 5.48 4.78 7.3 Valor Resistencia (k Ω) 3.5 5.6 4.7 7.52

5.6 k x 4.7 k =7.52 k 3.5 k

Gracias a esta ecuación, sabremos que valor necesita tener el potenciómetro para generar la condición de equilibrio, donde el voltaje entre los dos nodos sea igual a 0V, al simular en Proteus el valor de la cuarta resistencia efectivamente comprobamos que si se cumple lo planteado anteriormente:

Repitiendo el procedimiento anterior con distintos valores de resistencias, obtuvimos los siguientes resultados:

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Teórico (T)

Valor Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

Corriente (mA)

Resistencia (k Ω)

R1 560

8.4

15

560

R2 270

4.05

15

270

R3 330

8.91

27

330

R4 159

4.3

27

159

Experimental (E)

Valor Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

Corriente (mA)

Resistencia (k Ω)

R1 569

8.48

15.4

569

R2 270

4.02

14.7

270

R3 326

8.49

26.9

326

R4 153

4.02

26.3

153

R4 T =

Simulación

Valor Resistencia (Ω)

Voltaje (V)

Corriente (mA)

Resistencia

270 x 330 =159 560

Una vez conociendo el uso del puente de Wheastone, procedemos a hacer un circuito que logre hacer girar un motor, detenerlo cuando el voltaje sea cero y girarlo en sentido contrario, para esto montamos el siguiente circuito:

(k Ω)

R1 560

8.77

15.67

560

R2 270

4.23

15.67

270

R3 330

8.77

26.59

330

R4 159

4.22

26.59

159

En la protoboard lo hicimos de la siguiente manera, usando resistencias R1 = 15Ω, R2 = 12Ω, R3 = 39Ω, y un potenciómetro de 1K

Usando una fuente de 10V, probamos el puente de Wheastone dejándolo en equilibrio, para que nos diera 0V entre los nodos

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del circuito, al igual que habíamos hecho con los ejercicios anteriores:

Corriente total directa (mA) Corriente total inversa (mA) Voltaje total directa (V) Voltaje total inversa (V)

Los valores de los voltajes, nos dieron:

Voltaje R1

Voltaje R2

Rotación

Rotación

R

Directa

Indirecta

R1:

15

15

481

R2:

12

12

R3:

39

R4:

29

Voltaje R3

Corriente (mA) Directa

Inversa

Voltaje (V) Directa

Inversa

481

7.27V

7.19V

191

181

3.44V

3.4V

39

481

481

5.73V

5.81V

33

191

181

5.65V

5.87V

Voltaje R4

Corriente y Voltaje

Valor

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672 mA 662 mA 22.09 V 22.27 V

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VI.

ECUACIONES

Las ecuaciones que usamos para el desarrollo de la práctica fueron las siguientes: 1) Voltaje = Corriente*Resistencia (Ley de Ohm) 2) V1 = R*V / (Req) (Divisor de Voltaje) 3) %Error =

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valores medidos de las mismas, verificando el teorema del valor medio se logra afirmar que se comete un mínimo error  Las variantes del circuito del puente de Wheastone se pueden utilizar para la medida de impedancias, capacitancias e inductancias.  Se aplica la ley de los nudos para hacer una representación más exacta de cada corriente que circula en el circuito.  El puente de Wheastone ya no se utiliza porque en la actualidad, se utiliza el ohmímetro ya que es mucho más práctico para las mediciones

Valor Teorico−Valor Experimental Valor Teorico x100 (Porcentaje de error) 4) R1*R4 = R3*R2

VII.

CONCLUSIONES  El puente de Wheastone es un excelente método para conocer una resistencia desconocida, empleando las ecuaciones de manera correcta podemos llegar a obtener el valor que se quiere encontrar y aparte no varía del valor real, esto lo podemos comprobar mediante esta práctica, donde fuimos alternando los valores de las resistencias y mediante los cálculos y la simulación realizada, nos dimos cuenta que no existe una gran variación de la resistencia que se quiere encontrar con la original.  Se concluye que es efectivo el uso del puente de Wheastone para obtener los valores de las resistencias desconocidas al comparar el valor obtenido con el puente de Wheastone se puede notar que es aproxima al valor real de las resistencias, pero que no es preciso  Se concluye que si se conoce la tensión y el valor de la resistencia de R1 se puede determinar el valor del Resistor Rx.  En esta práctica de laboratorio se pudo observar la facilidad que nos da un circuito como el puente de Wheastone para calcular resistencias. También notamos que los valores representativos de las resistencias calculadas, son muy aproximados a los

VIII.

REFERENCIAS

 Monografias.umcc.cu. 2020. [online] Available at: [Accessed 25 March 2020].  E-ducativa.catedu.es. 2020. 4.8. Aplicaciones. [online] Available at:

[Accessed 25 March 2020].

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