Aunque por el título parezca que vamos a atravesar un río, nada más lejos de la realidad. Hablamos de electrónica y del puente de Wheatstone, uno de los montajes más habituales cuando se usa determinado tipo de sensores.
Un poco de teoría
Un puente de Wheatstone es un conjunto de 4 resistencias instaladas de la forma que aparece en la siguiente gráfica. Los dos esquemas son exactamente iguales (equivalentes):
De esas 4 resistencias, 3 son iguales y la cuarta puede variar. Ahí radica el interés. Si las 4 resistencias son iguales, la tensión en voltios que aparece entre los puntos A y B (que se puede medir con un voltímetro) es cero. Se observa mediante la aplicación de la ley de Ohm (V = I x R):
I_1=\frac{Vcc}{R_1+R} ; V_A=I_1\cdot R = \frac{Vcc}{R_1+R}\cdot R I_2=\frac{Vcc}{R_2+R_3} ; V_B=I_2\cdot R_3 = \frac{Vcc}{R_2+R_3}\cdot R_3V_A-V_B=Vcc\cdot (\frac{R}{R_1+R}-\frac{R_3}{R_2+R_3})En el momento en que la resistencia varía, cambia el voltaje entre A y B. Si la resistencia variable proviene del cambio de una magnitud física que está midiendo un sensor, podremos determinar esa magnitud.
Muchos sensores basan su funcionamiento en variaciones de resistencias cuando se calientan, se estiran, reciben luz, etcétera. Adaptando esa resistencia variable a un puente de Wheatstone , se obtendrá una tensión que varía según lo hace el sensor.
Por otra parte, de la tercera ecuación que hemos puesto se deduce que podemos utilizar el puente de Wheatstone para medir una resistencia desconocida. En efecto, basta medir el voltaje entre A y B y despejar después el valor de R.
Simulación de un puente de Wheatstone con arduino
Para simular el efecto del cambio de esa resistencia, vamos a usar un potenciómetro y vamos a ver la tensión entre A y B en un voltímetro y en el monitor de arduino.
En el esquema que se muestra hemos instalado 3 resistencias de 220 Ω y la otra resistencia, que podría provenir de un sensor, la simulamos con un potenciómetro de precisión (se ve en azul en la foto).
Veamos un vídeo donde medimos la diferencia de tensión mientras modificamos la resistencia:
Ahora vamos a alimentar el circuito con nuestra placa arduino. Conectaremos el punto A y el punto B a sendas entradas analógicas (A0 y A1) y mostraremos el nivel de tensión de cada punto y la diferencia.
Un sencillo programa que permite visualizar las tensiones es el siguiente (realizado para visualino). Hay que recordar que arduino transforma las tensiones en un número entre 0 y 1023, por lo que hay que volver a convertirlas a voltios. Esto lo hacemos en el cálculo Va x v2 / p2 y Vb x v2 / p2 que se ven en el programa.
La salida por el monitor de este programa es similar a esta (hemos colocado el potenciómetro a 220 Ω , por lo que la diferencia es 0 V).
Observad que la tensión en B siempre va a ser la misma e igual a 2,5V. La ligera diferencia (2,47 V) se debe a las imprecisiones de las dos resistencias de 220 Ω.
(Foto de cabecera F. Arroyo)