Conexión a tierra Wagner

EL análisis ha considerado que el puente de cuatro ramas consiste de impedancias puras, que no hay interacción de ninguna forma; pero en la práctica existen capacitancias parásitas entre los diferentes elementos del puente y tierra, y también entre las ramas. Estas capacitancias parásitas están en paralelo con las ramas del puente y originan errores, particularmente a altas frecuencias o cuando se miden capacitores pequeños o inductores grandes. Una manera de controlar las capacitancias parásitas es blindado las ramas y conectando el blindaje a tierra. Esto no elimina las capacitancias pero al menos les da un valor constante, que se puede compensar.

Figura 1.1 La conexión a tierra Wagner elimina el efecto de capacitancias parásitas a través del detector.

Figura 1.2 Puente de capacitancia automático con interface para computadora.

Uno de los métodos más usado para eliminar algunos de los efectos de las capacitancias parásitas en un circuito puente es la conexión a tierra Wagner. Este circuito elimina el problema de la capacitancia existente entre las terminales del detector y tierra. La figura 1.1 muestra el circuito de un puente de capacitancia, donde C1 y C2 representa las capacitancias parásitas. El oscilador se separa de su típica conexión a tierra y se puentea por una combinación de la resistencia Rw y Cw se aterriza y a esto se le llama conexión a tierra Wagner. El procedimiento para el ajuste inicial del puente es: el detector se conecta al punto 1 y R1 se ajusta para el ajusta para que haya sonido nulo o mínimo en los audífonos. El interruptor se pasa a la posición 2, la cual conecta el detector al punto de tierra Wagner. La resistencia Rw se ajusta para que haya sonido mínimo. Cuando el interruptor regresa de nuevo a la posición 1, es factible observar, probablemente, cierto desbalance en el puente. Las resistencias R1 y R3 se vuelven a ajustar para una respuesta mínima del detector, y el interruptor se cambia a la posición 2. Se pueden necesitar algunos ajustes de Rw y R1 antes de lograr el equilibrio final en ambas posiciones del interruptor. Cuando se obtiene el acero, los puntos 1 y 2 están al mismo potencial, y este es un potencial de tierra. Las capacitancias parásitas C1 y C2 están en cortocircuito y no tiene efecto en equilibrio normal del puente. También hay capacitancias de los puntos C y D a tierra, pero la adición del punto de tierra Wagner las elimina del circuito del detector, puesto que la corriente a través de estas capacitancias pasará por la conexión de tierra Wagner.

La conexión a tierra Wagner no elimina las capacitancias de las ramas del puente y éstas afectan la exactitud de las mediciones. El concepto de la tierra Wagner también se puede aplicar a otros puentes, siempre y cuando se tome en cuenta que las ramas aterrizadas duplican la impedancia del par de ramas a través de las cuales se conectan. Puesto que la adición de la conexión a tierra Wagner no afecta las condiciones de equilibrio, el procedimiento de medición permanece sin cambio. 

Errores de medición

La principal fuente de errores de medicion se encuentra en los errores limites de las tres resistencias conocidas. Otros errores pueden ser los siguientes:

a) Sensibilidad insuficiente en el detector de cero.b) Cambios en la resistencia de las ramas del puente debido a los defectos de

calentamiento por la corriente a través de los resistores. El efecto de calentamiento (I2R) por las corrientes en las ramas del puente puede cambiar la resistencia en cuestión. El aumento de temperatura nos solo afecta la resistencia durante la medición, sino que, las corrientes excesivas pueden producir un cambio permanente en el valor de la resistencia.

c) Las fem térmicas en el circuito del puente o en el cicuito de galvanómetro pueden causar problemas cuando se miden resistencias de valor bajo. Para prevenirlas se utlizan los galvanómetros mas sensibles que algunas veces tiene bobinas y sistemas de suspensión de cobre para evitar el contacto de metales disimiles y la generación de fem térmicas.

Condiciones para el equilibrio del puente

El puente de corriente alterna es una consecuencia del puente de corriente directa y su forma básica consiste en un puente de cuatro ramas, una fuente de excitación y un detector de cero. La fuente de potencia suministra un voltaje de c.a al puente con la frecuencia deseada. Para mediciones a bajas frecuencias, la línea de potencia puede servir como fuente de excitación; a altas frecuencias, generalmente un oscilador es el que suministra el voltaje de excitación. El detector cero debe responder a las corrientes de desequilibrio de corriente alterna y el dispositivo mas económico y efectivo consiste en un par de audífonos. En otras aplicaciones, el detector de cero consiste en un amplificador de c.a con un medidor de salida, o también un indicador de tubo de rayos electrónicos.

La forma general de un puente de corriente alterna se representa en la figura1.3.

Figura 1.3

Las cuatro ramas del puente Z1, Z2, Z3, Z4 se indican como impedancia sin especificar y el detector se representa por medio de audífonos. Como en el caso del puente Wheatstone para mediciones de corriente directa, el equilibrio en este puente de corriente alterna se alcanza cuando la respuesta del detector es cero o indica corriente nula. El ajuste para obtener una respuesta nula se hace variando una o más ramas del puente.

La ecuación general para el equilibrio del puente se obtiene utilizando la notación compleja para las impedancias del circuito puente. (Las más oscuras indican cantidades en notación compleja). Estas cantidades pueden ser impedancias o admitancias, voltajes o corrientes. La condición para el equilibrio del puente requiere que la diferencia de potencial de A a C en la figura 5-10 sea cero. Los puentes de corriente alterna son más complicado que lo de corriente directa. Estan constituido por elementos receptivo, inductivo y capacitivo, lo cual hace necesario un generador de voltaje alterno como suministro de energia y un medidor de corriente alterna. 

Condiciones de desequilibrio.

Algunas veces ocurre que en los puente de corriente alterna no se pueden equilibrar debido a que es imposible establecer una de las condiciones de equilibrio. Tómese como ejemplo el circuito de la figura 1.4, donde Z1 y Z4 son elementos inductivos (ángulo de fase positivo), Z2 es una capacitancia pura (ángulo de fase de 90°), y Z3 es una resistencia variable (ángulo de fase cero). La resistencia de R3 que se necesita para obtener el equilibrio del puente se determina aplicando la primera condición de equilibrio (magnitudes).

Figura 1.4 Puente de ca que no se puede equilibrar.

Bibliografía

Instrumentación Electrónica moderna y técnicas de medición. Cooper, Helfrick, Edit. Pearson-Prentice Hall