O uso da ponte Wheatstone para medir quantidades não elétricas

A ponte de Wheatstone é um circuito elétrico projetado para medir a magnitude da resistência elétrica. Esse esquema foi proposto inicialmente pelo físico britânico Samuel Christie em 1833 e em 1843 foi aprimorado pelo inventor Charles Wheatstone. O princípio de operação desse esquema é semelhante à ação das balanças mecânicas de farmácia, mas não são as forças que são equalizadas aqui, mas os potenciais elétricos.

O circuito da ponte de Wheatstone contém duas ramificações, cujos potenciais dos terminais intermediários (D e B) são equalizados durante o processo de medição. Um dos ramos da ponte inclui um resistor Rx, cujo valor de resistência deve ser determinado.

O ramo oposto contém uma resistência ajustável ao reostato R2. Entre as conclusões do meio dos ramos, o indicador G está aceso, que pode ser um galvanômetro, um voltímetro, um indicador zero ou um amperímetro.

Durante o processo de medição, a resistência do reostato é gradualmente alterada até que o indicador mostre zero. Isso significa que os potenciais dos pontos médios da ponte entre os quais está conectado são iguais entre si, e a diferença de potencial entre eles é zero.

Quando a seta do indicador (galvanômetro) é desviada de um lado ou de outro do zero, isso significa que a corrente flui através dele e, portanto, a ponte ainda não está em equilíbrio. Se o indicador for exatamente zero, a ponte está equilibrada.

Obviamente, se a razão entre as resistências superior e inferior no ombro esquerdo da ponte for igual à relação entre as resistências do ombro direito da ponte, o equilíbrio (ou equilíbrio) da ponte ocorrerá simplesmente devido à diferença de potencial zero entre os terminais do galvanômetro.

E se os valores das três resistências da ponte (incluindo a resistência atual do reostato) forem medidos primeiro com um erro suficientemente pequeno, a resistência desejada Rx será encontrada com precisão suficientemente alta. Acredita-se que a resistência do galvanômetro possa ser negligenciada.

A ponte Wheatstone é essencialmente universal e é aplicável não apenas para medir as resistências dos resistores, mas também Para encontrar uma variedade de parâmetros não elétricos, basta que o próprio sensor de magnitude não elétrico seja resistivo.

Em seguida, a resistência do elemento sensor, alterando sob um efeito não elétrico, pode ser medida usando o circuito da ponte de Wheatstone, e a quantidade não elétrica correspondente pode ser encontrada com um pequeno erro.

Assim, pode-se encontrar o valor do valor: deformação mecânica (extensômetros), temperatura, iluminação, condutividade térmica, capacidade de calor, umidade e até a composição da substância.

Os instrumentos de medição baseados em ponte de Wheatstone normalmente fazem leituras de uma pontevia conversor analógico-digitalconectado a um dispositivo de computação digital, como um microcontrolador com um programa embutido que executa linearização (substituindo dados não lineares por linear aproximado), dimensionando e convertendo os dados recebidos em um valor numérico da quantidade não elétrica medida nas unidades de medida apropriadas, bem como correção de erros e saída em leitura digital legível formulário.

Por exemplo, as balanças de piso trabalham aproximadamente nesse princípio. Além disso, a análise harmônica, etc., pode ser realizada imediatamente por métodos de software.

Os chamados extensômetros (sensores resistivos de tensão mecânica) são utilizados em balanças eletrônicas, em dinamômetros, manômetros, torsiômetros e tensômetros.

O extensômetro é simplesmente colado na parte deformável, é incluído no ombro da ponte, enquanto a tensão na diagonal da ponte será proporcional à tensão mecânica à qual o sensor responde - sua resistência muda.

Com o desequilíbrio da ponte, meça a magnitude desse desequilíbrio e encontre, por exemplo, o peso de um corpo. A propósito, o sensor também pode ser piezoelétrico se for medida uma deformação rápida ou dinâmica.

Quando é necessário medir a temperatura, são utilizados sensores resistivos, cuja resistência muda com a temperatura do corpo ou do meio em estudo. O sensor pode nem entrar em contato com o corpo, mas percebe a radiação térmica, como ocorre nos pirômetros bolométricos.

O princípio de operação de um pirômetro bolométrico é baseado em uma alteração na resistência elétrica de um elemento termossensível devido ao seu aquecimento sob a influência de um fluxo absorvido de energia eletromagnética. Uma placa fina de platina, escurecida para melhor absorção da radiação, aquece rapidamente devido à sua pequena espessura sob a influência da radiação e sua resistência aumenta.

Da mesma forma, termômetros de resistência com coeficiente de temperatura positivo e termistores com coeficiente de temperatura negativo com base em semicondutores operam.

Quando a temperatura é alterada indiretamente, é possível medir a condutividade térmica, a capacidade de calor, a vazão de um líquido ou gás, a concentração de componentes de uma mistura de gases, etc. As medições indiretas desse tipo são usadas na cromatografia em fase gasosa e em sensores termocatalíticos.

Os fotorresistores alteram sua resistência sob a influência da iluminação e sensores resistivos especializados são usados ​​para medir o fluxo da radiação ionizante.

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