8.12: Creación de Resistencias de Calibración Personalizadas

A menudo, en el curso del diseño y construcción de circuitos de medidores eléctricos, es necesario contar con resistencias precisas para obtener el rango (s) deseado (s). La mayoría de las veces, los valores de resistencia requeridos no se pueden encontrar en ninguna unidad de resistencia fabricada y, por lo tanto, deben ser construidos por usted.

Una solución a este dilema es hacer su propia resistencia con una longitud de cable especial de alta resistencia. Por lo general, se usa una pequeña “bobina” como forma para la bobina de alambre resultante, y la bobina se enrolla de tal manera que elimine cualquier efecto electromagnético: la longitud de cable deseada se dobla por la mitad, y el alambre en bucle se enrolla alrededor de la bobina para que la corriente a través del cable se enrolle en el sentido de las agujas del reloj alrededor de la bobina para la mitad de la longitud del cable, luego en sentido antihorario para la otra mitad. Esto se conoce como un devanado bifilar. Cualquier campo magnético generado por la corriente se cancela así, y los campos magnéticos externos no pueden inducir ningún voltaje en la bobina del cable de resistencia:

Como puedes imaginar, este puede ser un proceso que requiere mucha mano de obra, ¡especialmente si se debe construir más de una resistencia! Otra solución más fácil al dilema de una resistencia personalizada es conectar múltiples resistencias de valor fijo juntas en serie-paralelo para obtener el valor deseado de resistencia. Esta solución, aunque potencialmente requiere mucho tiempo en la elección de los mejores valores de resistencia para hacer la primera resistencia, se puede duplicar mucho más rápido para crear múltiples resistencias personalizadas del mismo valor:

Sin embargo, una desventaja de cualquiera de las dos técnicas es el hecho de que ambas dan como resultado un valor de resistencia fijo. En un mundo perfecto donde los movimientos de los medidores nunca pierden la fuerza magnética de sus imanes permanentes, donde la temperatura y el tiempo no tienen ningún efecto sobre las resistencias de los componentes, y donde las conexiones de cable mantienen cero resistencia para siempre, las resistencias de valor fijo funcionan bastante bien para establecer los rangos de precisión instrumentos. Sin embargo, en el mundo real, es ventajoso tener la capacidad de calibrar, o ajustar, el instrumento en el futuro.

Tiene sentido, entonces, utilizar potenciómetros (conectados como reóstatos, generalmente) como resistencias variables para resistencias de rango. El potenciómetro puede montarse dentro de la caja del instrumento para que solo un técnico de servicio tenga acceso para cambiar su valor, y el eje puede estar bloqueado en su lugar con un compuesto de sujeción de hilo (¡el esmalte de uñas ordinario funciona bien para esto!) para que no se mueva si se somete a vibración.

Sin embargo, la mayoría de los potenciómetros proporcionan una extensión de resistencia demasiado grande en su rango de movimiento mecánico corto para permitir un ajuste preciso. Supongamos que desea una resistencia de 8.335 kΩ +/- 1 Ω, y quería usar un potenciómetro de 10 kΩ (reóstato) para obtenerla. Una precisión de 1 Ω de un lapso de 10 kΩ es 1 parte en 10,000, ¡o 1/100 de un por ciento! Incluso con un potenciómetro de 10 vueltas, será muy difícil ajustarlo a cualquier valor así de manera fina. Tal hazaña sería casi imposible usando un potenciómetro estándar de 3/4 vueltas. Entonces, ¿cómo podemos obtener el valor de resistencia que necesitamos y aún así tener margen de ajuste?

La solución a este problema es utilizar un potenciómetro como parte de una red de resistencia más grande que creará un rango de ajuste limitado. Observe el siguiente ejemplo:

Aquí, el potenciómetro de 1 kΩ, conectado como reóstato, proporciona por sí mismo un lapso de 1 kΩ (un rango de 0 Ω a 1 kΩ). Conectado en serie con una resistencia de 8 kΩ, esto compensa la resistencia total en 8,000 Ω, dando un rango ajustable de 8 kΩ a 9 kΩ. Ahora, una precisión de +/- 1 Ω representa 1 parte en 1000, o 1/10 de un porcentaje del movimiento del eje del potenciómetro. Esto es diez veces mejor, en cuanto a sensibilidad de ajuste, que lo que teníamos usando un potenciómetro de 10 kΩ.

Si deseamos que nuestra capacidad de ajuste sea aún más precisa, de modo que podamos establecer la resistencia en 8.335 kΩ con una precisión aún mayor, podemos reducir el alcance del potenciómetro conectando una resistencia de valor fijo en paralelo con él:

Ahora, el lapso de calibración de la red de resistencias es de solo 500 Ω, de 8 kΩ a 8.5 kΩ. Esto hace que una precisión de +/- 1 Ω sea igual a 1 parte en 500, o 0.2 por ciento. El ajuste es ahora la mitad de sensible que antes de la adición de la resistencia paralela, facilitando una calibración mucho más fácil al valor objetivo. El ajuste no será lineal, desafortunadamente (a mitad de camino en la posición del eje del potenciómetro no dará como resultado una resistencia total de 8.25 kΩ, sino 8.333 kΩ). Aún así, es una mejora en términos de sensibilidad, ¡y es una solución práctica a nuestro problema de construir una resistencia ajustable para un instrumento de precisión!