¿Cómo funcionan los medidores de resistencias? Método Kelvin

Dentro de los equipos de medición, existen equipos o multímetros diseñados para poder medir resistencias muy pequeñas, de mili, micro ¡o inclusive hasta nano Ohm! con el método Kelvin.

Dentro de la investigación e industria hay multiples aplicaciones donde es necesario medir resistencia muy bajas. Recordemos, por la ley de Ohm, que la corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Es decir, mientras menos resistencia, podrá fluir más corriente con el mismo voltaje. Es por ello que algunos materiales son conductores, ya que cuentan con una resistencia muy baja, que a veces es necesario medir.

¿Cómo se mide la resistencia?

Para medir la resistencia, se debe de utilizar un óhmetro, este tipo de equipos están diseñado para medir la resistencia eléctrica en Ohms. Hoy en día los óhmetros han dejado de existir por sí solos, ya que ahora se encuentran integrados en casi todos los multímetros del mercado. Una excepeción puede ser un medidor de miliohms que al utilizar el método Kelvin de 4 puntas sólo mide resistencia eléctrica y está optimizada para resistencias pequeñas. Un punto muy importante es que no hay que confundir la resistencia con la resistividad.

Funcionamiento del óhmetro

La medición de resistencia se consigue colocando en paralelo el óhmetro con la resistencia a medir. El óhmetro provee un voltaje a la resistencia generando una corriente eléctrica, el equipo mide la corriente resultante y por ley de ohm calcula el valor de la resistencia.

El voltaje aplicado para probar la resistencia depende de la resolución del instrumento, la marca y el modelo. Poniendo un ejemplo, si se busca medir una resistencia de 1k ohm (1000 ohms), nuestro óhmetro puede aplicar un voltaje de 1V, por ley de ohm sabemos que la corriente resultante será de 1mA. Esta corriente de 1mA es la que indica al óhmetro el valor de la resistencia incógnita.

¡NO medir una resistencia que tenga voltaje con un óhmetro! Si lo hacemos, nuestro óhmetro en lugar de funcionar como fuente de voltaje se convertirá en carga, causando que una corriente mayor de la que fue diseñado fluya a través de él. Esta corriente puede echar a perder nuestro instrumento o en la mayoría de los casos quemar el fusible de protección. 

¿Cuándo es necesario utilizar el método Kelvin de 4 puntas? 

Este método se utiliza para medir resistencia eléctrica pequeña, por ejemplo:

•          Medir la resistencia de un cable o alambre de distintos materiales
•          Medir la resistencia de los devanados de un motor
•          Medir la resistencia de los devanados de un transformador
•          Medir la resistencia de algún inductor
•          Medir la resistencia de algún súper conductor o material a distintas temperaturas y/o condiciones

Estos son solo algunos ejemplos, existen muchas aplicaciones industriales para verificar calidad de productos y materiales donde es necesaria conocer resistencias pequeñas.

Funcionamiento método Kelvin

A primera vista, se podría pensar que es algo fácil de medir ya que cualquier multímetro cuenta con medición de resistencia. Sin embargo, cuando se realizan mediciones de resistencia baja, a veces las puntas de nuestro propio multímetro agregan resistencias extras en serie que distorsionan el valor que queremos medir. La resistencia de las puntas del multímetro normalmente se desprecia porque es del orden de miliohms, pero, cuando se quiere medir miliohms, las puntas del multímetro nos agregan mucho “ruido” a la medición.

Esto se observa más claro en el siguiente diagrama, ya que, al estar en serie, estas resistencias se suman y no podemos conocer con exactitud la resistencia deseada.

Para resolver esto, es que existe el método de Kelvin de 4 puntas, el principio de funcionamiento es muy sencillo y está basado también en la Ley de Ohm. Los medidores de miliohms y algunos multímetros cuentan con 4 puntas, el primer par de puntas está etiquetada como Force +/- y el segundo par como Sense +/-. Para realizar la medición, el equipo funciona como una fuente de corriente súper precisa, es decir, será una fuente que sin importar el valor de la resistencia, tendrá un valor constante de corriente, esta corriente es alimentada a través de las puntas Force +/-. Así mismo, el equipo a su vez es un voltímetro de alta precisión a través de las puntas Sense +/-. Al suministrar una corriente constante y medir la caída de voltaje en la resistencia, se puede determinar de forma exacta el valor de resistencias muy pequeñas. Esto se puede apreciar mejor en el siguiente diagrama.

Por ejemplo, si la corriente suministrada por la fuente de corriente es de 10 Amperios y el voltaje leído por el voltímetro del instrumento es de 100 mili Voltios, se puede saber por ley de ohm que la resistencia medida es de 10 miliohms, ya que R=V/I. Los medidores de miliohms cuentan con distintos rangos de corriente para distintos rangos de resistencia, es decir, proveen más corriente para resistencias pequeñas para que la caída de voltaje sea mayor, por lo mismo, proveen menos corriente en resistencias grandes. Si vamos a seleccionar un medidor de miliohms, es importante verificar estos rangos de corriente para asegurar que los dispositivos bajo prueba (DUT) no se verán afectados por la corriente suministrada o el voltaje generado por ésta, ya que a veces 1 amperio puede ser destructivo para nuestros dispositivos.

Existen varias técnicas para evitar los daños al dispositivo bajo pruebas, entre estas técnicas se encuentran la “Prueba de circuito seco (Dry circuit test)” y modos de prueba con señales PWM. Estos modos solo se encuentran en los medidores más avanzados y nos permiten realizar nuestras mediciones de forma precisa sin dañar nuestro dispositivo. 

Otro punto importante que se debe tomar en cuenta para la medición de la resistencia es la temperatura, debido a que la resistencia de los materiales varía en función de la temperatura. Es por ello que los medidores de miliohms especializados cuentan con la opción de medir la temperatura para poder compensar sus efectos. Muchas veces para poder realizar la compensación de la temperatura, es necesario adquirir el sensor por separado.

En AcMax contamos con una gran variedad de equipos que pueden medir resistencias muy bajas, si tienes alguna duda por favor contacta a alguno de nuestros ingenieros de soporte que se encuentran disponibles en el chat en línea o en nuestros datos de contacto. Te recomendamos el siguiente multimetro hioki 

Escrito por Edgar Gastellou ingeniero de aplicaciones de AcMax de México. Última revisión 17 de julio del 2020.

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