L'ús del pont de Wheatstone per a la mesura de quantitats no elèctriques

Wheatstone Bridge és un circuit elèctric dissenyat per mesurar la magnitud de la resistència elèctrica. Aquest esquema el va proposar el físic britànic Samuel Christie el 1833 i el 1843 va ser millorat per l’inventor Charles Wheatstone. El principi de funcionament d’aquest esquema és similar a l’acció de les escales de farmàcia mecànica, però no són les forces les que igualen aquí, sinó els potencials elèctrics.

El circuit de pont de Wheatstone conté dues branques, les potencialitats dels terminals mitjans (D i B) de les quals s’igualen durant el procés de mesurament. Una de les branques del pont inclou una resistència Rx, la qual s'ha de determinar el valor de resistència.

La branca contrària conté un resistor R2 ajustable. Entre les conclusions mitjanes de les branques, l’indicador G està activat, que pot ser un galvanòmetre, un voltímetre, un indicador zero o un amperímetre.

Durant el procés de mesura, la resistència del reostat es canvia gradualment fins que l’indicador es mostri zero. Això significa que els potencials dels punts mitjans del pont entre els quals està connectat són iguals entre ells i que la diferència de potencial entre ells és zero.

Quan la fletxa de l’indicador (galvanòmetre) es desvia en una direcció o una altra de zero, això vol dir que hi circula un corrent i, per tant, el pont encara no està en equilibri. Si l'indicador és exactament zero, el pont serà equilibrat.

Viousbviament, si la relació entre les resistències superiors i inferiors de l’espatlla esquerra del pont és igual a la relació de les resistències de l’espatlla dreta del pont, l’equilibri (o equilibri) del pont es produeix simplement per la diferència de potencial zero entre els terminals del galvanòmetre.

I si els valors de les tres resistències del pont (inclosa la resistència actual del reostat) es mesuren primer amb un error prou reduït, es trobarà la resistència desitjada Rx amb una precisió suficientment alta. Es creu que es pot descuidar la resistència del galvanòmetre.

El pont de Wheatstone és essencialment universal i és aplicable no només per mesurar les resistències de resistències, sinó també per trobar diversos paràmetres no elèctrics, n'hi ha prou que el sensor de magnitud no elèctrica sigui resistent.

A continuació, la resistència de l'element del sensor, canviant sota un efecte no elèctric sobre ell, es pot mesurar mitjançant el circuit del pont de Wheatstone, i es pot trobar amb la corresponent quantitat no elèctrica amb un petit error.

Així, es pot trobar el valor del valor: deformació mecànica (calibres de tensió), temperatura, il·luminació, conductivitat tèrmica, capacitat de calor, humitat i fins i tot la composició de la substància.

Els instruments de mesura basats en el pont de blat solen prendre lectures d'un pontmitjançant convertidor analògic-digitalconnectat a un dispositiu d’informàtica digital, com un microcontrolador amb un programa integrat que realitza linealització (substituint dades no lineals per unes lineals aproximades), escalant i convertint les dades rebudes en un valor numèric de la quantitat mesurada no elèctrica en unitats adequades, així com correcció d’errors i sortida en un digital llegible forma.

Per exemple, les escales del sòl funcionen aproximadament en aquest principi. A més, es poden realitzar anàlisis harmòniques de forma immediata mitjançant mètodes de programari, etc.

Els anomenats mesuradors de tensió (sensors resistents de tensió mecànica) s’utilitzen en escales electròniques, en dinamòmetres, manòmetres, torsiòmetres i tensòmetres.

El manómetre està simplement enganxat a la part deformable, s'inclou a l'espatlla del pont, mentre que la tensió a la diagonal del pont serà proporcional a la tensió mecànica a la qual respon el sensor, la seva resistència canvia.

Amb el desequilibri del pont, mesura la magnitud d’aquest desequilibri i, per tant, troba, per exemple, el pes d’un cos. El sensor, per cert, també pot ser piezoelèctric si es mesura una deformació ràpida o dinàmica.

Quan es necessita mesurar la temperatura, s’utilitzen sensors resistents, la resistència dels quals varia amb la temperatura del cos o del medi estudiat. El sensor pot ni tan sols entrar en contacte amb el cos, sinó que percep la radiació tèrmica, com ocorre en els piròmetres bolomètrics.

El principi de funcionament d’un piròmetre bolomètric es basa en un canvi en la resistència elèctrica d’un element termosensible a causa del seu escalfament sota la influència d’un flux d’energia electromagnètica. Una fina placa de platí, enfosquida per una millor absorció de la radiació, s’escalfa ràpidament a causa del seu petit gruix sota la influència de la radiació i la seva resistència augmenta.

De manera similar, funcionen termòmetres de resistència amb coeficient de temperatura positiu i termistors amb coeficient de temperatura negatiu basats en semiconductors.

Quan es canvia indirectament la temperatura, es pot mesurar la conductivitat tèrmica, la capacitat de calor, el cabal d’un líquid o un gas, la concentració de components d’una barreja de gas, etc.

Els fotoreresistors canvien la seva resistència sota la influència de la il·luminació i s'utilitzen sensors resistents especialitzats per mesurar el flux de radiació ionitzant.

Com utilitzar fotoresistors, fotodiodos i fototransistors

Sensors analògics: aplicació, mètodes de connexió amb el controlador

Connexió de sensors analògics a Arduino, sensors de lectura

Mesura de temperatura i humitat en Arduino: una selecció de mètodes

Com es disposen i funcionen els dispositius de mesura de resistència