Para medir la deformación utilizando un extensómetro de resistencia adherido, el extensómetro debe formar parte de un circuito eléctrico capaz de detectar pequeños cambios de resistencia. Un puente de Wheatstone es un circuito fundamental que se utiliza para este fin, ya que permite medir con precisión variaciones mínimas de resistencia equilibrando dos divisores de tensión. Cuando el circuito está en equilibrio, la tensión de salida es cero, pero cuando la deformación provoca un cambio en la resistencia, se produce un desequilibrio que genera una señal de tensión medible. Esto hace que el puente de Wheatstone sea muy eficaz para medir la deformación, ya que mejora la sensibilidad y compensa posibles fuentes de error, como las fluctuaciones de temperatura.
¿Qué es un puente de Wheatstone?
Un puente de Wheatstone es un circuito eléctrico diseñado para medir con precisión resistencias desconocidas equilibrando dos redes divisoras de tensión, comúnmente denominadas «patas», del puente. El circuito funciona según el principio de deflexión nula, lo que significa que cuando el puente está equilibrado, no fluye corriente a través del instrumento de detección.
Configuración del circuito
El puente de Wheatstone consta de: 
- Cuatro resistencias dispuestas en forma de diamante (puente):
- Dos resistencias conocidas (R 1 y R 2)
- Una resistencia ajustable (R 3 – un resistor variable)
- Una resistencia desconocida que se va a medir (R 4 o R g)
- Una fuente de tensión continua (V IN) aplicada entre las esquinas opuestas del puente (entre los puntos A y C)
- Un galvanómetro (o voltímetro) conectado entre los puntos medios (B y D)
¿Cómo funciona un puente de Wheatstone?
La precisión de un puente de Wheatstone depende de si el puente está equilibrado o desequilibrado. Comprender estas condiciones es clave para entender cómo el circuito detecta y mide una resistencia desconocida.
Un puente de Wheatstone equilibrado se produce cuando la relación entre las resistencias de una rama del puente es igual a la relación de la otra rama. En este estado, el voltaje en ambos puntos medios del circuito es el mismo, lo que significa que no fluye corriente a través del galvanómetro (el dispositivo de medición). Cuando el puente está equilibrado, la resistencia desconocida se puede determinar mediante una ecuación simple sin interferencias de factores externos, lo que lo convierte en un método ideal para mediciones precisas.
Un puente de Wheatstone desequilibrado se produce cuando las relaciones de resistencia no coinciden, lo que provoca una diferencia de voltaje entre los puntos medios. Este desequilibrio da lugar a que una corriente fluya a través del galvanómetro, creando una desviación medible. La dirección y la magnitud de esta desviación indican la diferencia entre los valores de resistencia esperados y los reales. Ajustando una de las resistencias conocidas o analizando la diferencia de voltaje, se puede determinar con precisión la resistencia desconocida. Este estado desequilibrado es útil en aplicaciones de sensores, como galgas extensométricas o sensores de temperatura, donde es necesario monitorizar continuamente pequeños cambios de resistencia.
The Chevron Bridge Circuit
El puente de Chevron es una disposición de múltiples canales que sirve para realizar la compensación de los cambios en las resistencias de los brazos del puente al cambiarlos periódicamente. Aquí, las cuatro posiciones de canal se utilizan para cambiar el voltímetro digital (DVM) entre las configuraciones de puente G (un medidor activo) y puente H (dos medidores activos). El dispositivo de medición DVM siempre comparte la fuente de alimentación y un puente H interno. Esta disposición es la más popular para las mediciones de deformación en máquinas rotativas, donde puede reducir el número de anillos colectores necesarios.
Por qué las galgas extensométricas necesitan circuitos de puente de Wheatstone
Un galga extensométrica es un sensor que mide la deformación mecánica convirtiendo la deformación (estiramiento o compresión) en un cambio en la resistencia eléctrica. Sin embargo, este cambio de resistencia suele ser muy pequeño, lo que dificulta su medición directa con alta precisión. Aquí es donde el puente de Wheatstone desempeña un papel crucial.
Los circuitos de puente de Wheatstone, que se utilizan para medir los pequeños cambios de resistencia en una galga extensométrica mediante la detección de desequilibrios de tensión, miden los pequeños cambios de resistencia en una galga extensométrica. Cuando la galga extensométrica se incorpora a uno o más brazos del puente, cualquier tensión aplicada altera su resistencia, lo que altera el equilibrio del puente y genera una salida de tensión medible. Este cambio de voltaje es proporcional a la tensión, lo que permite un control preciso de las fuerzas, presiones y deformaciones estructurales.
Mediante el uso de diferentes configuraciones de puentes de Wheatstone (puente cuarto (una galga extensométrica), medio puente (dos galgas extensométricas) o puente completo (cuatro galgas extensométricas)), se puede mejorar la sensibilidad y la precisión de la medición. Además, una configuración de puente completo puede ayudar a compensar las variaciones de temperatura y otros factores externos que podrían afectar a la resistencia. Esta combinación de galgas extensométricas y circuitos de puente de Wheatstone se utiliza ampliamente en aplicaciones industriales como celdas de carga, sensores de presión y sistemas de monitorización del estado estructural.
Instalación estratégica
Los circuitos de galgas extensométricas producen señales de voltaje de bajo nivel, que a menudo requieren sensibilidades de alrededor de 100 microvoltios o superiores. Esto los hace particularmente susceptibles al ruido de los dispositivos eléctricos. Las posibles fuentes de error incluyen el acoplamiento capacitivo de los cables conductores que discurren cerca de cables de alimentación de CA, la inducción magnética de campos magnéticos variables, las resistencias de contacto parásitas en los cables conductores, los fallos de aislamiento y los efectos termoeléctricos en las uniones de metales diferentes. Estas interferencias pueden degradar significativamente la calidad de la señal. Cables: Apantallamiento
Shielding
Para mitigar las interferencias eléctricas y el ruido, es fundamental implementar un apantallamiento adecuado. Recubrir los cables de medición con un apantallamiento intercepta las interferencias externas y puede reducir los errores derivados de la degradación del aislamiento. El apantallamiento también protege contra el acoplamiento capacitivo. Cuando los cables de medición se colocan cerca de fuentes de interferencia electromagnética, como transformadores, retorcerlos ayuda a minimizar la degradación de la señal debido a la inducción magnética, ya que se cancelan las corrientes inducidas. En aplicaciones industriales, se suelen emplear cables retorcidos y blindados para mantener la integridad de la señal.
Protección
Más allá del apantallamiento, es igualmente importante proteger el propio instrumento. Una protección, normalmente un alojamiento de chapa metálica que rodea los circuitos analógicos, se conecta al apantallamiento para garantizar que todos los componentes tengan el mismo potencial eléctrico, lo que evita flujos de corriente extraños. Las corrientes de tierra que fluyen a través del elemento del medidor de tensión o sus cables pueden ser indistinguibles de la señal de medición en un circuito de puente de Wheatstone. La implementación de la protección garantiza que los terminales de los componentes eléctricos permanezcan al mismo potencial, lo que evita corrientes que induzcan errores. Además, la conexión de un cable de protección entre la muestra de ensayo y el terminal negativo de la fuente de alimentación proporciona una ruta alternativa para las corrientes que producen errores, lo que garantiza que todos los elementos involucrados estén al mismo potencial que la muestra de ensayo.
Lead-Wire Effects
Las galgas extensométricas a veces se montan a cierta distancia del equipo de medición. Esto aumenta la posibilidad de errores debidos a variaciones de temperatura, desensibilización del cable y cambios en la resistencia del cable conductor. En una instalación de dos cables, los dos cables están en serie con el elemento extensómetro, y cualquier cambio en la resistencia del cable conductor (R1) será indistinguible de los cambios en la resistencia de la galga extensométrica (Rg).
Para corregir los efectos del hilo conductor, se puede introducir un tercer cable adicional en el brazo superior del puente. En esta configuración, el cable C actúa como cable sensor sin corriente, y los cables A y B se encuentran en los brazos opuestos del puente. Este es el método mínimo aceptable de cableado de galgas extensométricas a un puente para cancelar al menos parte del efecto de los errores de los cables de extensión. Teóricamente, si los cables conductores del sensor tienen la misma resistencia nominal, el mismo coeficiente de temperatura y se mantienen a la misma temperatura, se obtiene una compensación total. En realidad, los cables se fabrican con una tolerancia de aproximadamente el 10 %, y la instalación de tres cables no elimina completamente los errores de dos cables, pero los reduce en un orden de magnitud. Si se desea una mejora adicional, se deben considerar las instalaciones de cuatro cables y con compensación de desviación.
En las instalaciones de dos cables, el error introducido por la resistencia del cable conductor es una función de la relación de resistencia R1/Rg. El error del cable no suele ser significativo si la resistencia del cable (R1) es pequeña en comparación con la resistencia del medidor (Rg), pero si la resistencia del cable supera el 0,1 % de la resistencia nominal del medidor, esta fuente de error se vuelve significativa. Por lo tanto, en aplicaciones industriales, se debe minimizar o eliminar la longitud de los cables colocando el transmisor directamente en el sensor.
La temperatura y el factor de galga
Los materiales sensibles a la deformación, como el cobre, cambian su estructura interna a altas temperaturas. La temperatura no solo puede alterar las propiedades de un elemento medidor de deformación, sino también las propiedades del material base al que está unido el medidor de deformación. Las diferencias en los coeficientes de expansión entre el medidor y los materiales base pueden provocar cambios dimensionales en el elemento sensor. Por lo tanto, se necesitaría un circuito de compensación de temperatura.
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Escrito por: Dan Schultz
Actualizado el: 30 de octubre de 2025
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Written by: Dan Schultz
Updated on: March 30, 2026