Puente de hilo y transformadores de intensidad: medida eléctrica de precisión

Resumen

El documento explica el puente de hilo, un instrumento de alta precisión para medir resistencias y elementos de corriente alterna, y su equilibrio mediante un cursor sobre un hilo resistivo. Además describe la pinza amperimétrica y los transformadores de intensidad de laboratorio, con su principio de inducción y sus distintos alcances de medida. Al terminar, el estudiante podrá entender cómo funcionan estos instrumentos y cómo se consigue variar su rango.

Puntos clave

El puente de hilo es un puente de Wheatstone simplificado en el que dos resistencias se sustituyen por un hilo conductor tenso de sección constante.
El puente está equilibrado cuando la diferencia de potencial entre los puntos B y D es nula y no circula corriente por el galvanómetro.
Las resistencias del hilo son R₁ = ρ l₁ / s y R₂ = ρ l₂ / s, con l₂ = L - l₁.
La pinza amperimétrica funciona como transformador de medida: el conductor actúa como primario y el campo magnético induce una FEM en el arrollamiento secundario.
Las mandíbulas del núcleo magnético se construyen con chapas laminadas de acero al silicio.
En los transformadores de intensidad de laboratorio, conectar la línea entre K y L₁, L₂ o L₃ da alcances de 10 A, 25 A o 50 A.
Pasando el conductor por el orificio central se pueden medir intensidades de 100 A, 200 A y hasta 400 A.

Ponte a prueba

Medición de Precisión con el Puente de Hilo

El puente de hilo es un instrumento de gran precisión que puede operar en corriente continua o corriente alterna y permite la medida tanto de resistencias óhmicas como de sus equivalentes en circuitos de corriente alterna en los que existen otros elementos como impedancias inductivas y capacitivas.

El puente de hilo y cursor, slide-wire bridge, es un puente de Wheatstone simplificado en el que la relación de resistencias se determina por la posición de un cursor sobre un hilo de resistencia. Dos de las resistencias han sido sustituidas por un hilo conductor tenso de sección constante.

Al apoyar el cursor conectado al amperímetro, el alambre queda dividido en dos resistencias de valor R₁ = ρ l₁ / s y R₂ = ρ l₂ / s, donde ρ es la resistividad del alambre, s su sección transversal y L la longitud total del alambre; l₂ = L - l₁. Se dice que el puente está equilibrado cuando la diferencia de potencial entre los puntos B y D es nula. En este momento no circulará corriente por el galvanómetro intercalado entre estos.

Instrumentos de Medida de Corriente: Pinza Amperimétrica y Transformadores de Laboratorio

La Pinza Amperimétrica: Principio y Funcionamiento

La pinza amperimétrica es una aplicación práctica de los transformadores de medida de intensidad. El primero lo constituye el conductor, que es por donde circula la corriente que queremos medir; el núcleo o circuito magnético está constituido por dos brazos o mandíbulas construidas con chapas laminadas de acero al silicio. Ocurre entonces que la corriente que circula por el conductor genera alrededor de este un campo magnético variable. Este flujo magnético es conducido por el circuito magnético y, al pasar por el arrollamiento secundario, induce en él una fuerza electromotriz (FEM) que hace circular una corriente a través de un puente rectificador y luego pasa por el amperímetro. El instrumento, además, trae una serie de resistencias adicionales (Rᵢ, Rz…Rₙ) que, conectadas oportunamente, permiten variar el alcance del instrumento.

Transformadores de Intensidad para Laboratorio: Versatilidad y Alcance

En los transformadores de intensidad de clase 0,2 y de pequeñas dimensiones, en general, tienen la forma de la figura anterior. Poseen dos bornes secundarios donde se conecta el o los instrumentos de medición. Además, poseen varios bornes primarios para permitir diferentes alcances de medición; esto se logra introduciendo mayor o menor número de vueltas en el arrollamiento primario. Tenemos entonces que, conectando la línea a medir entre K y L₁, tendremos un alcance de 10 A. Si conectamos entre K y L₂, podremos medir hasta 25 A, y si conectamos entre K y L₃, podremos llegar a medir 50 A. Si deseamos medir corrientes mayores, debemos pasar el conductor a medir a través del orificio que posee en la parte media este transformador, ya que, a medida que disminuye el número de vueltas en el primario, podemos hacer circular una mayor intensidad por la línea a medir. De esta manera, podemos medir intensidades de 100 A, 200 A, hasta 400 A.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el puente de hilo?

Es un instrumento de gran precisión que puede operar en corriente continua o alterna y permite medir resistencias óhmicas y elementos equivalentes en circuitos de corriente alterna. Es un puente de Wheatstone simplificado en el que la relación de resistencias se determina con un cursor sobre un hilo.

¿Cuándo está equilibrado el puente de hilo?

El puente está equilibrado cuando la diferencia de potencial entre los puntos B y D es nula. En ese momento no circula corriente por el galvanómetro intercalado entre ellos.

¿Cómo funciona la pinza amperimétrica?

El conductor por el que circula la corriente genera un campo magnético variable que es conducido por el núcleo formado por dos mandíbulas. Este flujo induce una FEM en el arrollamiento secundario, que hace circular una corriente a través de un puente rectificador y luego por el amperímetro.

¿Cómo se cambia el alcance de un transformador de intensidad de laboratorio?

Se conecta la línea a medir a distintos bornes primarios, lo que cambia el número de vueltas del arrollamiento primario. Para corrientes mayores se pasa el conductor por el orificio central, reduciendo el número de vueltas.