Supongamos que deseamos medir la resistencia de algún componente ubicado a una distancia significativa de nuestro ohmímetro . Tal escenario sería problemático porque un ohmímetro mide toda resistencia en el circuito, que incluye la resistencia de los cables (R cable ) que conecta el ohmímetro al componente que se está midiendo (R asunto ):
Por lo general, la resistencia del cable es muy pequeña (solo unos pocos ohmios por cada cientos de pies, dependiendo principalmente del calibre (tamaño) del cable), pero si los cables de conexión son muy largos y / o el componente a medir tiene una resistencia muy baja de todos modos, el error de medición introducido por la resistencia del cable será sustancial.
Un método ingenioso para medir la resistencia del sujeto en una situación como esta implica el uso de un amperímetro y un voltímetro. Sabemos por Ley de Ohm que la resistencia es igual al voltaje dividido por la corriente (R = E / I). Por lo tanto, deberíamos poder determinar la resistencia del componente sujeto si medimos la corriente que lo atraviesa y el voltaje cae a través de él:
La corriente es la misma en todos los puntos del circuito, porque es un bucle en serie. Sin embargo, debido a que solo estamos midiendo el voltaje caído a través de la resistencia del sujeto (y no las resistencias de los cables), la resistencia calculada es indicativa de la resistencia del componente del sujeto (R sujeto ) solo.
Nuestro objetivo, sin embargo, era medir la resistencia de este sujeto desde una distancia , por lo que nuestro voltímetro debe estar ubicado en algún lugar cerca del amperímetro, conectado a través de la resistencia del sujeto por otro par de cables que contengan resistencia: [19459008 ]
Al principio, parece que hemos perdido cualquier ventaja de medir la resistencia de esta manera, porque el voltímetro ahora tiene que medir el voltaje a través de un largo par de cables (resistivos), introduciendo nuevamente la resistencia parásita en el circuito de medición. Sin embargo, después de una inspección más cercana, se ve que no se pierde nada en absoluto, porque los cables del voltímetro llevan una corriente minúscula . Por lo tanto, esas largas longitudes de cable que conectan el voltímetro a través de la resistencia del sujeto caerán cantidades insignificantes de voltaje, lo que da como resultado una indicación de voltímetro que es casi lo mismo que si estuviera conectado directamente a través de la resistencia del sujeto:
Cualquier voltaje caído a través de los cables principales que transportan corriente no será medido por el voltímetro, por lo que no tiene en cuenta el cálculo de resistencia en absoluto. La precisión de la medición puede mejorarse aún más si la corriente del voltímetro se mantiene al mínimo, ya sea utilizando un movimiento de alta calidad (corriente de baja escala total) y / o un sistema potenciométrico (equilibrio nulo).
Método Kelvin
Este método de medición que evita los errores causados por la resistencia del cable se llama Kelvin o método de 4 hilos . Los clips de conexión especiales llamados clips de Kelvin están hechos para facilitar este tipo de conexión a través de una resistencia de sujeto:
En los clips de estilo “cocodrilo” normales, ambas mitades de la mandíbula son eléctricamente comunes entre sí, generalmente unidas en el punto de bisagra. En los clips Kelvin, las mitades de la mandíbula están aisladas entre sí en el punto de la bisagra, solo en contacto con las puntas donde sujetan el cable o terminal del sujeto que se está midiendo. Por lo tanto, la corriente a través de las mitades de la mordaza “C” (“corriente”) no pasa por las mitades de la mordaza “P” (“potencial” o voltaje ), y no creará ninguna caída de voltaje que induzca errores a lo largo de su longitud:
El mismo principio de usar diferentes puntos de contacto para la conducción de corriente y la medición de voltaje se usa en resistencias de derivación de precisión para medir grandes cantidades de corriente. Como se discutió anteriormente, las resistencias de derivación funcionan como dispositivos de medición de corriente al dejar caer una cantidad precisa de voltaje por cada amperio de corriente a través de ellas, la caída de voltaje se mide mediante un voltímetro. En este sentido, una resistencia de derivación de precisión “convierte” un valor de corriente en un valor de voltaje proporcional. Por lo tanto, la corriente se puede medir con precisión midiendo el voltaje caído a través de la derivación:
La medición de corriente usando una resistencia de derivación y un voltímetro es particularmente adecuada para aplicaciones que involucran magnitudes de corriente particularmente grandes. En tales aplicaciones, la resistencia de la resistencia de derivación probablemente será del orden de miliohmios o microohmios, de modo que solo una pequeña cantidad de voltaje se reducirá a la corriente completa. La resistencia tan baja es comparable a la resistencia de la conexión del cable, lo que significa que el voltaje medido a través de una derivación de este tipo debe realizarse de tal manera que se evite detectar la caída de voltaje a través de las conexiones del cable que transportan corriente, para que no se induzcan grandes errores de medición. Para que el voltímetro mida solo el voltaje caído por la resistencia de derivación en sí, sin voltajes parásitos que se originen del cable o la resistencia de conexión, las derivaciones generalmente están equipadas con cuatro terminales de conexión:
Resistencia estándar de precisión
En aplicaciones metrológicas ( metrología = “la ciencia de la medición” ), donde la precisión es de suma importancia, las resistencias “estándar” altamente precisas también están equipadas con cuatro terminales: dos para transportar la corriente medida, y dos para transportar la caída de voltaje de la resistencia al voltímetro. De esta manera, el voltímetro solo mide el voltaje caído a través de la resistencia de precisión en sí, sin ningún voltaje perdido a través de los cables que transportan corriente o las resistencias de conexión de cable a terminal.
La siguiente fotografía muestra una resistencia estándar de precisión con un valor de 1 Ω sumergida en un baño de aceite a temperatura controlada con algunas otras resistencias estándar. Tenga en cuenta los dos terminales exteriores grandes para corriente y los dos terminales de conexión pequeños para voltaje:
Aquí hay otra resistencia estándar más antigua (anterior a la Segunda Guerra Mundial) de fabricación alemana. Esta unidad tiene una resistencia de 0.001 Ω, y nuevamente los cuatro puntos de conexión del terminal pueden verse como perillas negras (almohadillas metálicas debajo de cada perilla para la conexión directa de metal a metal con los cables), dos perillas grandes para asegurar el transporte de corriente cables y dos perillas más pequeñas para asegurar los cables del voltímetro (“potencial”):
Agradezco a la Corporación Fluke en Everett, Washington, por permitirme fotografiar estas resistencias estándar caras y algo raras en su laboratorio de normas primarias.
Cabe señalar que la medición de resistencia usando tanto un amperímetro como un voltímetro está sujeto a error compuesto. Debido a la precisión de ambos factores del instrumento en el resultado final, la precisión general de la medición puede ser peor que cualquier instrumento considerado solo. Por ejemplo, si el amperímetro tiene una precisión de +/- 1% y el voltímetro también tiene una precisión de +/- 1%, cualquier medición que dependa de las indicaciones de ambos instrumentos puede ser inexacta hasta en un +/- 2%.
Se puede obtener una mayor precisión al reemplazar el amperímetro con una resistencia estándar, utilizada como derivación de medición de corriente. Todavía habrá un error compuesto entre la resistencia estándar y el voltímetro utilizado para medir la caída de voltaje, pero esto será menor que con una disposición de voltímetro + amperímetro porque la precisión típica de la resistencia estándar excede por mucho la precisión típica del amperímetro. Usando clips Kelvin para hacer una conexión con la resistencia del sujeto, el circuito se ve así:
Todos los cables que transportan corriente en el circuito anterior se muestran en “negrita”, para distinguirlos fácilmente de los cables que conectan el voltímetro a través de ambas resistencias (R sujeto y R estándar ) . Idealmente, se utiliza un voltímetro potenciométrico para garantizar la menor corriente posible a través de los cables “potenciales”.
La medición Kelvin puede ser una herramienta práctica para encontrar conexiones deficientes o resistencia inesperada en un circuito eléctrico. Conecte una fuente de alimentación de CC al circuito y ajuste la fuente de alimentación para que suministre una corriente constante al circuito como se muestra en el diagrama anterior (dentro de las capacidades del circuito, por supuesto). Con un multímetro digital configurado para medir el voltaje de CC, mida la caída de voltaje en varios puntos del circuito. Si conoce el tamaño del cable, puede estimar la caída de voltaje que debería ver y comparar esto con la caída de voltaje que mide. Este puede ser un método rápido y efectivo para encontrar conexiones deficientes en el cableado expuesto a los elementos, como en los circuitos de iluminación de un remolque. También puede funcionar bien para conductores AC sin alimentación (asegúrese de que la alimentación de CA no se pueda encender). Por ejemplo, puede medir la caída de voltaje a través de un interruptor de luz y determinar si las conexiones de cableado al interruptor o los contactos del interruptor son sospechosas. Para ser más efectivo al usar esta técnica, también debe medir el mismo tipo de circuitos después de que se hayan creado recientemente para tener una idea de los valores “correctos”. Si utiliza esta técnica en nuevos circuitos y coloca los resultados en un libro de registro, tiene información valiosa para la resolución de problemas en el futuro.
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