Wheatstone Bridge / Working, Examples, Applications
In this tutorial, we will learn about Wheatstone Bridge. Veremos o princípio de funcionamento da Ponte de Wheatstone, poucos circuitos de exemplo e algumas aplicações importantes.
Destaque
Introdução à Ponte de Wheatstone
No mundo real, nos deparamos com vários sinais, alguns deles são medidos por mudanças na resistência e alguns deles estão com indutância e capacitância.
Se a gente considerar a resistência, a maioria dos sensores industriais, como temperatura, pressão, umidade, deslocamento, nível de líquido, etc. produz a mudança no valor da resistência para uma mudança variável. Portanto, há necessidade de um condicionamento de sinal para cada sensor de resistência.geralmente, a medição da resistência divide-se em três tipos: medição da baixa resistência, medição da média resistência e medição da alta resistência. Se a medição da resistência for possivelmente de alguns miliohms a micro ohms, então ela é considerada como uma medição de baixa resistência. esta medição é efectivamente utilizada para fins de investigação. Se a medição for de 1 ohm a 100 k, é geralmente referida como uma medição da resistência média. Potenciómetro, Termístores, etc. a medição faz parte desta categoria.
e a medição da resistência muito elevada é considerada de 100 kilo ohm para mais de 100 mega ohms. Para encontrar o valor médio da resistência são utilizados diferentes métodos, mas a maior parte da Ponte de Wheatstone é usada.o que é a Ponte Wheatstone?
a mais comum e mais simples rede de pontes para encontrar a resistência é a ponte de Wheatstone DC. Esta ponte é usada onde pequenas mudanças na resistência devem ser medidas como em aplicações de sensores. Isto é usado para converter uma mudança de Resistência a uma mudança de tensão de um transdutor.a combinação desta ponte com amplificador operacional é usada extensivamente em indústrias para vários transdutores e sensores. Uma ponte de Wheatstone consiste em quatro resistências que são conectadas na forma de um diamante com a fonte de alimentação e indicando os instrumentos como mostrado na figura.
esta ponte é usada para encontrar a resistência desconhecida muito precisamente comparando-a com um valor conhecido de resistências. Nesta ponte, a condição nula ou balanceada é usada para encontrar a resistência.
para esta ponte, a tensão balanceada nos pontos C E D deve ser igual. Portanto, nenhuma corrente flui através do galvanómetro. Para obter a condição equilibrada uma das resistências deve ser variável.
From the figure,
The voltage at point D = V × RX / (R3 + RX)
The voltage at point C = V × R2 / (R1 + R2)
The voltage (V) across galvanometer or between C and D is,
VCD = V × RX / (R3 + RX) − V R2 / (R1 + R2)
When the bridge is balanced VCD = 0,
So,
V × RX / (R3 + RX) = V R2 / (R1 + R2)
RXR1 + RXR2 = R2R3 + R2RX
R1RX= R2R3
R2/R1= RX/R3
This é a condição para equilibrar a ponte. E para encontrar o valor desconhecido da resistência
RX = R3 × (R2/R1)
da equação acima R4 ou Rx pode ser calculado a partir do valor conhecido da resistência R3 e da razão R2 / R1. Portanto, a maioria dos casos R2 e R1 valores são fixos e o valor R3 é variável de modo que o valor nulo é alcançado e a ponte fica equilibrada.
princípio de funcionamento
sem o galvanómetro, o circuito da ponte parece apenas um divisor de tensão, como mostrado na figura abaixo. Considerar R1 = 20 ohm, R2 = 40 ohm para um braço e para o outro considerar os mesmos valores de R3 e R4 respectivamente.
o fluxo de Corrente no primeiro braço
I1 = V/ (R1+R2)
I1 = 12V/ (20+40)
I1 = 0,2 A
E a tensão no ponto C é igual a a queda de tensão no resistor R2,
VR2 = I1 × R2= 0.2 × 40 = 8V
da mesma forma, a tensão sobre R1 é de 4V (0.2 × 20). Devido aos mesmos valores de Resistência, as tensões a R4 e R3 serão as mesmas que as de R1 e R2, respectivamente. Portanto, nos pontos A e B as tensões são as mesmas, portanto o galvanómetro mostra leitura zero como a diferença potencial é zero. Neste caso, diz-se que a ponte está em estado de equilíbrio.
suponha que se invertermos as resistências no segundo braço, o fluxo de corrente é o mesmo devido ao circuito da série. Mas a tensão através do resistor R4 muda, ou seja, 0,2 * 20 = 4V. Assim, nesta condição a tensão entre os pontos A E B são diferentes e existe uma diferença potencial de 8 – 4 = 4V. esta é a condição desequilibrada da ponte.
Exemplo de Ponte de Wheatstone
a Partir de cima, a ponte de Wheatstone é assimétrica quando o voltímetro leitura não é zero. Esta leitura pode ser positiva ou negativa depende das magnitudes das tensões nos terminais dos medidores. Consideremos o circuito abaixo da Ponte de Wheatstone, que está conectado para encontrar o valor de resistência desconhecido com o uso da caixa de década resistor para obter a resistência variável de R3.
Nós sabemos que a condição para a ponte de equilíbrio é
R4 = R3 × R2 / R1
Rx = RBOX × (10 x 103)/ (10 x 103)
Rx = RBOX
Aqui neste caso, a ponte de Wheatstone é equilibrada ajustando a década resistência da caixa até o voltímetro lê o valor zero. E o valor de resistência correspondente na caixa é igual à resistência desconhecida. Suponha que se a condição nula de tensão ocorre a 250 ohms da caixa de década de resistência, então a resistência desconhecida também é de 250 ohms.
Ponte de Wheatstone para medição de estirpes
mais frequentemente para medição da estirpe, são utilizadas estirpes de estirpes cuja resistência eléctrica varia em função da estirpe proporcionada no dispositivo. Na prática, o intervalo de resistência do medidor de estirpes é de 30 ohms a 3000 ohms. Para uma determinada Estirpe, A mudança de resistência pode ser apenas uma fracção da gama completa. Portanto, para medir uma fração extremamente de mudanças de resistência com alta precisão, a configuração da ponte de Wheatstone é usada. A figura abaixo mostra a ponte de Wheatstone onde o resistor desconhecido é substituído por um medidor de tensão.
no circuito acima, duas resistências R1 e R2 são iguais uma à outra e R3 é a resistor variável. Sem qualquer força aplicada ao gabarito de tensão, o rheostato é variado e finalmente posicionado de modo a que o voltímetro indique uma deflexão zero. Isto é chamado de condição de equilíbrio de Ponte. Esta condição representa que não há nenhuma pressão no medidor.se o gabarito da estirpe estiver tenso ou comprimido, a resistência pode aumentar ou diminuir. Portanto, isso causa desequilíbrio na ponte. Isto produz uma indicação da tensão no voltímetro que corresponde à variação da tensão. Se a tensão aplicada em um medidor de tensão for maior, então a diferença de tensão entre os terminais do medidor é maior. Se a tensão for zero, então a ponte equilibra-se e o medidor mostra leitura zero.trata-se da medição da resistência utilizando uma ponte de Wheatstone para medição precisa. Devido à medição fracionada da resistência, as pontes de Wheatstone são usadas principalmente em medições de bitola e termômetro.
aplicações
- A Ponte de Wheatstone é usada para medir precisamente os valores de resistência muito baixos.a Ponte de Wheatstone, juntamente com o amplificador operacional, é usada para medir os parâmetros físicos como temperatura, tensão, luz, etc.
- Também podemos medir as quantidades capacitância, indutância e impedância usando as variações na ponte de Wheatstone.