Medición de la resistencia
Determinación cuantitativa de aquella propiedad de un material, componente o circuito conductor de la electricidad llamada resistencia eléctrica. El ohmio, que es la unidad de resistencia del Sistema Internacional (SI), se define mediante la aplicación de la ley de Ohm como la resistencia eléctrica entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio aplicada a estos puntos produce en el conductor una corriente de 1 amperio. La ley de Ohm puede, por tanto, definirse la resistencia R como la relación entre la tensión continua V y la corriente I, Ec. (1).
Para los conductores metálicos a granel, por ejemplo, barras, láminas, alambres y láminas, esta relación es constante. Para la mayoría de las demás sustancias, como los semiconductores, las cerámicas y los materiales compuestos, puede variar con la tensión, y muchos dispositivos electrónicos dependen de este hecho. La resistencia de cualquier conductor viene dada por la integral de la expresión (2), donde l es la longitud,
A el área de la sección transversal, y &rgr; la resistividad. Véase Resistencia eléctrica, Resistividad eléctrica, Ley de Ohm, Semiconductor
Desde el 1 de enero de 1990, todas las mediciones de resistencia en el mundo se refieren al patrón de resistencia Hall cuantificado, que se utiliza para mantener el ohmio en todos los laboratorios nacionales de normalización. Los estándares de trabajo convencionales con hilo se miden en términos de la resistencia Hall cuantificada y luego se utilizan para difundir el ohmio a través de la cadena de calibración normal. Estos patrones de trabajo pueden medirse en términos de la resistencia Hall cuantificada con una incertidumbre de desviación estándar de aproximadamente 1 parte en 108. Ver efecto Hall
El valor de una resistencia desconocida se determina por comparación con una resistencia estándar. El puente de Wheatstone es quizás el dispositivo de comparación de resistencias o impedancias más básico y utilizado. Su principal ventaja es que su funcionamiento y equilibrio son independientes de las variaciones en la alimentación. La mayor sensibilidad se obtiene cuando todas las resistencias tienen un valor similar, y la comparación de las resistencias estándar puede hacerse entonces con una repetibilidad de unas 3 partes en 108, el límite derivado del ruido térmico en las resistencias. En el uso, la dirección de la alimentación se invierte periódicamente para eliminar los efectos de las emf térmicas o de contacto.
El puente se organiza normalmente para las mediciones de dos terminales, y por lo tanto no es adecuado para la medición más precisa en los valores por debajo de unos 100 &OHgr;, aunque sigue siendo muy conveniente para las resistencias más bajas si la pérdida de precisión no importa. Sin embargo, también se ha desarrollado un puente de Wheatstone para la medición de resistencias de cuatro terminales. Esto implica el uso de balanzas auxiliares, y las resistencias del mismo valor se pueden comparar con incertidumbres de unas pocas partes en 108.
Típicamente, un puente tendrá dos brazos de relación de décadas, por ejemplo, de 1, 10, 100, 1000 y 10.000 &OHgr;, y un brazo de década variable conmutado de 1-100.000 &OHgr;, aunque se encuentran muchas variaciones. Para la medición de resistencias de valores cercanos a los de la década, se puede obtener un considerable aumento de la precisión mediante la medición por sustitución, en la que el puente se utiliza sólo como instrumento indicador. Las resistencias que se comparan pueden ser llevadas al mismo valor conectando una resistencia variable mucho mayor a través de la mayor de ellas, y la precisión de esta derivación de alta resistencia puede ser mucho menor que la de la resistencia que se compara. Véase Puente de Wheatstone
El puente doble Kelvin es un puente doble para mediciones de cuatro terminales, por lo que puede utilizarse para resistencias muy bajas. Además de su uso para la medición precisa en el laboratorio de resistencias por debajo de 100 &OHgr;, es muy valioso para encontrar la resistencia de varillas o barras conductoras, o para la calibración en el campo de las resistencias refrigeradas por aire utilizadas para la medición de grandes corrientes. Ver puente Kelvin
Las mediciones de resistencias de 10 megaohmios a 1 terohmio (1012 &OHgr;) o incluso superiores con un puente de Wheatstone presentan problemas adicionales. La resistencia a medir suele depender de la tensión, por lo que hay que especificar la tensión de medición. Las resistencias de los brazos de relación deben tener un valor lo suficientemente alto como para que no se sobrecarguen. Si se instala un electrodo de protección, es necesario eliminar cualquier corriente que fluya hacia la protección desde el circuito de medición. La potencia disipada en la resistencia de 1-M&OHgr; es entonces de 10 mW, y la relación del puente es de 106. La guarda está conectada a un divisor subsidiario de la misma relación, para que cualquier corriente que fluya hacia ella no pase por el detector. Se pueden realizar mediciones automatizadas sustituyendo los brazos de relación del puente de Wheatstone por fuentes de tensión programables. Un método alternativo que también puede automatizarse es medir la constante de tiempo RC de la resistencia desconocida R combinada con un condensador de valor conocido C.
Una forma obvia y directa de medir la resistencia es mediante la medición simultánea de la tensión y la corriente, y esto es habitual en muchísimos óhmetros indicadores y medidores multirango. En la mayoría de los instrumentos digitales, que suelen ser también medidores de tensión digitales, la resistencia se alimenta de un circuito de corriente constante y la tensión a través de ella se mide con el medidor de tensión digital. Esta es una disposición conveniente para una medición de cuatro terminales, de modo que se pueden utilizar cables largos desde el instrumento hasta la resistencia sin introducir errores. Los sistemas más sencillos, utilizados en los instrumentos de puntero pasivo, miden directamente la corriente a través del medidor, que se ajusta para dar una desviación a escala completa mediante una resistencia adicional en serie con la batería. Esto da una escala no lineal de precisión limitada, pero suficiente para muchas aplicaciones prácticas. Ver Medición de la corriente, Medición de la tensión