L'utilisation du pont de Wheatstone pour mesurer des quantités non électriques

Le pont de Wheatstone est un circuit électrique conçu pour mesurer l'ampleur de la résistance électrique. Ce schéma a été proposé pour la première fois par le physicien britannique Samuel Christie en 1833, et en 1843 il a été amélioré par l'inventeur Charles Wheatstone. Le principe de fonctionnement de ce schéma est similaire à l'action des balances mécaniques de pharmacie, mais ce ne sont pas les forces qui sont égalisées ici, mais les potentiels électriques.

Le circuit du pont de Wheatstone contient deux branches, dont les potentiels des bornes centrales (D et B) sont égalisés pendant le processus de mesure. L'une des branches du pont comprend une résistance Rx, dont la valeur de résistance doit être déterminée.

La branche opposée contient un rhéostat R2 - résistance réglable. Entre les conclusions médianes des branches, l'indicateur G est allumé, ce qui peut être un galvanomètre, un voltmètre, un indicateur zéro ou un ampèremètre.

Pendant le processus de mesure, la résistance du rhéostat est progressivement modifiée jusqu'à ce que l'indicateur affiche zéro. Cela signifie que les potentiels des points médians du pont entre lesquels il est connecté sont égaux entre eux, et la différence de potentiel entre eux est nulle.

Lorsque la flèche de l'indicateur (galvanomètre) est déviée d'un côté ou de l'autre de zéro, cela signifie que le courant le traverse, et donc le pont n'est pas encore en équilibre. Si l'indicateur est exactement nul, le pont est équilibré.

Évidemment, si le rapport des résistances supérieure et inférieure dans l'épaule gauche du pont est égal au rapport des résistances de l'épaule droite du pont, l'équilibre (ou l'équilibre) du pont se produit simplement en raison de la différence de potentiel nulle entre les bornes du galvanomètre.

Et si les valeurs des trois résistances de pont (y compris la résistance actuelle du rhéostat) sont d'abord mesurées avec une erreur suffisamment petite, alors la résistance Rx souhaitée sera trouvée avec une précision suffisamment élevée. On pense que la résistance du galvanomètre peut être négligée.

Le pont de Wheatstone est essentiellement universel et est applicable non seulement pour mesurer les résistances des résistances, mais aussi pour trouver une variété de paramètres non électriques, il suffit que le capteur de grandeur non électrique lui-même soit résistif.

Ensuite, la résistance de l'élément capteur, changeant sous un effet non électrique sur celui-ci, peut être mesurée à l'aide du circuit de pont de Wheatstone, et la quantité non électrique correspondante peut ainsi être trouvée avec une petite erreur.

Ainsi, on peut trouver la valeur de la valeur: déformation mécanique (jauges de contrainte), température, éclairage, conductivité thermique, capacité thermique, humidité, et même la composition de la substance.

Les instruments de mesure à pont de Wheatstone prennent généralement des lectures à partir d'un pontvia un convertisseur analogique-numériqueconnecté à un dispositif informatique numérique, tel qu'un microcontrôleur avec un programme intégré qui effectue la linéarisation (en remplaçant les données non linéaires par des données linéaires approximatives), en mettant à l'échelle et en convertissant les données reçues en une valeur numérique de la quantité non électrique mesurée en unités appropriées, ainsi que la correction d'erreurs et la sortie dans un numérique lisible forme.

Par exemple, les balances au sol fonctionnent grosso modo sur ce principe. De plus, l'analyse harmonique peut être effectuée immédiatement à l'aide de méthodes logicielles, etc.

Les jauges de contrainte (capteurs résistifs de contraintes mécaniques) sont utilisées dans les échelles électroniques, les dynamomètres, les manomètres, les torsiomètres et les tensiomètres.

La jauge de contrainte est simplement collée sur la partie déformable, est incluse dans l'épaule du pont, tandis que la tension dans la diagonale du pont sera proportionnelle à la contrainte mécanique à laquelle le capteur répond - sa résistance change.

Avec le déséquilibre du pont, mesurez l'ampleur de ce déséquilibre, et trouvez ainsi, par exemple, le poids d'un corps. Soit dit en passant, le capteur peut également être piézoélectrique si une déformation rapide ou dynamique est mesurée.

Lorsqu'il est nécessaire de mesurer la température, des capteurs résistifs sont utilisés, dont la résistance varie avec la température du corps ou du milieu étudié. Le capteur peut même ne pas entrer en contact avec le corps, mais plutôt percevoir le rayonnement thermique, comme cela se produit dans les pyromètres bolométriques.

Le principe de fonctionnement d'un pyromètre bolométrique est basé sur une variation de la résistance électrique d'un élément thermosensible due à son échauffement sous l'influence d'un flux absorbé d'énergie électromagnétique. Une fine plaque de platine, noircie pour une meilleure absorption des radiations, se réchauffe rapidement du fait de sa faible épaisseur sous l'influence des radiations et de sa résistance qui augmente.

De même, les thermomètres à résistance à coefficient de température positif et les thermistances à coefficient de température négatif à base de semi-conducteurs fonctionnent.

Lorsque la température est modifiée indirectement, il est possible de mesurer la conductivité thermique, la capacité calorifique, le débit d'un liquide ou d'un gaz, la concentration des composants d'un mélange gazeux, etc. De telles mesures indirectes sont utilisées en chromatographie en phase gazeuse et dans les capteurs thermocatalytiques.

Les photorésistances modifient leur résistance sous l'influence de l'éclairage et des capteurs résistifs spécialisés sont utilisés pour mesurer le flux de rayonnement ionisant.

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