Principios de los óhmetros. Medida de resistencia a cuatro hilos (Método kelvin)
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Principios de los óhmetros. Medida de resistencia a cuatro hilos (Método kelvin)
Supongamos que queremos medir la resistencia de un componente localizado a una distancia significativa del óhmetro. Se trata de una situación complicada pues el óhmetro mide TODA la resistencia del circuito, lo cual incluye la resistencia de los cables (Rwire) de conexión y la resistencia objeto (Rsubject):
Normalmente la resistencia de los cables es muy baja (tan sólo unos pocos ohmios por cientos de metros de cable, dependiendo de la sección del cable) pero si los cables de conexión son muy largos, o (Rsubject) tiene un valor bajo el error que introducirán los cables de conexión será sustancial.
Un método ingenioso de medida del valor de la resistencia en casos como el anterior implica el uso tanto de un voltímetro como de un amperímetro. Sabemos por la ley de Ohm que la resistencia es el cociente entre tensión y corriente (
). De este modo deberemos ser capaces de determinar la resistencia si medimos la corriente que lo atraviesa y la caída de potencial:
La corriente es la misma en todos los puntos del circuito puesto que todos los elementos están en serie. Puesto que tan sólo estamos midiendo la caída de tensión en el objeto medido (y no las resistencias de los cables) la resistencia calculada es indicativa del valor real de la resistencia (Rsubject).
Nuestro objetivo, sin embargo, es el de medir la resistencia a una distancia, de manera que nuestro voltímetro debe estar de alguna forma ubicado cerca del amperímetro, esto es, conectado a (Rsubject) por medio de cables los cuales tienen una resistencia.
Aparentemente hemos introducido un error sistemático pues ahora el voltímetro debe medir una caída de tensión a través de un par largo de cables resistivos, lo cual introduce una resistencia externa en el circuito. No obstante, si hacemos un estudio minucioso veremos que no perdemos ninguna precisión en absoluto, esto se debe a que la corriente que atraviesa el voltímetro tiene un valor ínfimo. La caída de tensión en los cables del voltímetro es insignificante, siendo la indicación del voltímetro prácticamente la misma que si se hubiera conectado directamente a (Rsubject).
Cualquier caída de tensión en los cables de corriente no sera medida por el voltímetro. La precisión de la medida puede ser mejorada si la corriente del voltímetro se reduce al mínimo.
Este método de medida que evita el error sistemático que introduciría la resistencia de los cables se denomina método de los cuatro hilos o de Kelvin. Existen pinzas de conexión especiales (llamadas pinzas Kelvin) para facilitar esta clase de conexión a una resistencia.
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| [Pinzas Kelvin] | [Metrología] |
El mismo principio de usar diferentes puntos de contacto para la corriente y la tensión para la conducción de corriente y la medida de la caída de potencial se emplea para medir corrientes elevadas, en este caso la resistencia está calibrada (shunt). Tal y como se menciona anteriormente, la resistencia shunt trabaja como instrumento de medida de corriente al disminuir una cantidad determinada de tensión por cada amperio de corriente que la atraviesa, la caída de tensión es medida entonces por un voltímetro. De este modo una resistencia calibrada shunt “convierte” un valor de corriente en un valor de tensión proporcional. Por ende la corriente puede ser medida con precisión midiendo la tensión que cae en el shunt:
La medida de corriente por medio de una resistencia shunt está particularmente indicada para la medida de corrientes muy elevadas. Para esas aplicaciones la resistencia shunt deberá ser del orden de miliohmios o microohmios, de esta forma la caída de tensión será baja en relación con el valor de corriente. Valores de resistencias tan bajos son comparables a las resistencias de las conexiones a los cables de corriente, esto significa que la medida de la caída de potencial debe evitar medir la caída de tensión en las conexiones de la resistencia con los cables de corriente. Para lograr que el voltímetro mida únicamente la caída de tensión en el shunt en sí misma, sin influencia de las caídas de potencial debidas a las conexiones, los shunts suelen estar equipados con cuatro conexiones:
