3.14: Medición de resistencia de 4 hilos

PARTES Y MATERIALES

• Batería de 6 voltios
• Electroimán hecho del experimento del capítulo anterior, o un carrete grande de alambre

Sería ideal en este experimento tener dos metros: un voltímetro y un amperímetro. Para los experimentadores con presupuesto, esto puede no ser posible. Cualquiera que sea el amperímetro que se utilice debe ser capaz de medir al menos algunos amperios de corriente. Una batería “linterna” de 6 voltios esencialmente cortocircuitada por un largo trozo de cable puede producir corrientes de esta magnitud, y su amperímetro debe ser capaz de medirlo sin fundir un fusible ni sufrir otros daños. ¡Asegúrate de que el rango de corriente más alto en el medidor sea de al menos 5 amperios!

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 1, Capítulo 8: “Circuitos de Medición DC”

Objetivos de aprendizaje

• Principio de funcionamiento de la medición de resistencia Kelvin (4 hilos)
• Cómo medir resistencias bajas con equipos de prueba comunes

Diagrama esquemático

Ilustracion

INSTRUCCIÓN

Si bien este experimento se realiza mejor con dos metros, y de hecho se muestra como tal en el diagrama esquemático y la ilustración, un multímetro es suficiente.

La mayoría de los ohmímetros operan según el principio de aplicar una pequeña tensión a través de una resistencia desconocida (R _desconocida) e inferir resistencia a partir de la cantidad de corriente consumida por ella. Excepto en casos especiales como el megger, tanto las cantidades de voltaje como de corriente empleadas por el medidor son bastante pequeñas.

Esto presenta un problema para la medición de resistencias bajas, ya que una muestra de baja resistencia puede tener un valor de resistencia mucho menor que la propia circuitería del medidor. Imagínese intentar medir el diámetro de un hilo de algodón con una vara de medir, o medir el peso de una moneda con una báscula construida para pesar camiones de carga, y apreciará el problema que nos ocupa.

Una de las muchas fuentes de error en la medición de pequeñas resistencias con un ohmímetro ordinario es la resistencia de los propios cables de prueba del ohmímetro. Al ser parte del circuito de medición, los cables de prueba pueden contener más resistencia que la resistencia de la muestra de prueba, incurriendo en un error de medición significativo por su presencia:

Una solución se llama el método de medición de resistencia Kelvin, o de 4 hilos. Implica el uso de un amperímetro y voltímetro, determinando la resistencia de la muestra mediante el cálculo de la Ley de Ohm. Se pasa una corriente a través de la resistencia desconocida y se mide. El voltaje caído a través de la resistencia es medido por el voltímetro, y la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm (R=E/I). Las resistencias muy pequeñas se pueden medir fácilmente mediante el uso de corriente grande, proporcionando una caída de voltaje más fácil de medir a partir de la cual inferir resistencia que si se usara una corriente pequeña.

Debido a que solo el voltaje caído por la resistencia desconocida se tiene en cuenta en el cálculo, no el voltaje caído a través de los cables de prueba del amperímetro o cualquier otro cable de conexión que lleve la corriente principal, los errores causados por estas resistencias parásitas se eliminan por completo.

Primero, seleccione una muestra de baja resistencia adecuada para usar en este experimento. Sugiero la bobina de electroimán especificada en el último capítulo o una bobina de alambre donde se pueda acceder a ambos extremos. Conecte una batería de 6 voltios a esta muestra, con un amperímetro conectado en serie. ADVERTENCIA: el amperímetro utilizado debe ser capaz de medir al menos 5 amperios de corriente para que no se dañe por la (posiblemente) alta corriente generada en esta condición de casi cortocircuito. Si tienes un segundo medidor, utilízalo para medir el voltaje a través de los puntos de conexión de la muestra, como se muestra en la ilustración, y registra las indicaciones de ambos metros.

Si solo tienes un metro, utilízalo para medir la corriente primero, registrando su indicación lo más rápido posible, luego abriendo (rompiendo) inmediatamente el circuito. Cambie el medidor a su modo de voltaje, conéctelo a través de los puntos de conexión de la muestra y vuelva a conectar la batería, observando rápidamente la indicación de voltaje. No desea dejar la batería conectada al espécimen por más tiempo del necesario para obtener las mediciones del medidor, ya que comenzará a descargarse rápidamente debido a la alta corriente del circuito, comprometiendo así la precisión de la medición cuando el medidor se reconfigura y el circuito se cierra una vez más para el siguiente medición. Cuando se utilizan dos medidores, esto no es un problema tan significativo, ya que las indicaciones de corriente y voltaje pueden registrarse simultáneamente.

Toma la medición de voltaje y divídala por la medición de corriente. El cociente será igual a la resistencia del espécimen en ohmios.