“O coração da ciência é a medição”, e para a medição os circuitos em ponte são usados para encontrar todos os tipos de parâmetros elétricos e eletrônicos. Temos estudado várias pontes em Medição e Instrumentação Elétrica e Eletrônica. A tabela abaixo mostra diferentes pontes com seus usos:
| S.No. | Nome da Ponte | Parâmetro a ser determinado |
| 1 | Wheatstone | medir uma resistência desconhecida |
| 2 | Anderson | medir a auto-indutância da bobina |
| 3 - | De-sauty | medindo um valor muito pequeno de capacitância |
| 4 | Maxwell | medir uma indutância desconhecida |
| 5 | Kelvin | usado para medir resistores elétricos desconhecidos abaixo de 1 ohm. |
| 6 | Wein | medição de capacitância em termos de resistência e frequência |
| 7 | Feno | medição de indutor desconhecido de alto valor |
Aqui, vamos falar sobre a ponte de Wheatstone usada para medição de resistência desconhecida. Hoje em dia, o multímetro digital ajuda a medir a resistência de uma forma simples. Mas a vantagem da ponte de Wheatstone sobre isso é fornecer a medição de valores muito baixos de resistência na faixa de mili-ohms.
Ponte de Wheatstone
Samuel Hunter Christie inventou a ponte Wheatstone em 1833 e esta ponte foi melhorada e popularizada por Sir Charles Wheatstone em 1843. A ponte Wheatstone é a interconexão de quatro resistências formando uma ponte. As quatro resistências no circuito são chamadas de braços de ponte. A ponte é usada para encontrar o valor de uma resistência desconhecida conectada a dois resistores conhecidos, um resistor variável e um galvanômetro. Para encontrar o valor da resistência desconhecida, a deflexão no galvanômetro chega a zero ajustando o resistor variável. Este ponto é conhecido como ponto de equilíbrio da ponte de Wheatstone.
Derivação
Como podemos ver na figura, R1 e R2 são resistores conhecidos. R3 é o resistor variável e Rx é a resistência desconhecida. A ponte está conectada com a fonte DC (bateria).
Agora, se a ponte estiver na condição balanceada, não deve haver corrente fluindo através do galvanômetro e a mesma corrente I1 irá fluir através de R1 e R2. O mesmo vale para R3 e Rx, significa que o fluxo de corrente (I2) através de R3 e Rx permanecerá o mesmo. Portanto, abaixo estão os cálculos para descobrir o valor desconhecido da resistência quando a ponte está na condição Balanceada (sem fluxo de corrente entre os pontos C e D).
V = IR (pela lei de ohms) VR1 = I1 * R1… equação (1) VR2 = I1 * R2… equação (2) VR3 = I2 * R3… equação (3) VRx = I2 * Rx… equação (4)
A queda de tensão em R1 e R3 é a mesma e a queda de tensão em R2 e R4 também é a mesma na condição de ponte balanceada.
I1 * R1 = I2 * R3… equação (5) I1 * R2 = I2 * Rx… equação (6)
Na divisão da equação (5) e equação (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Portanto, a partir daqui obtemos o valor de Rx, que é nossa resistência desconhecida e, portanto, é assim que a ponte de Wheatstone ajuda na medição de uma resistência desconhecida.
Operação
Praticamente, a resistência variável é ajustada até que o valor da corrente no galvanômetro se torne zero. Nesse ponto, a ponte é chamada de ponte equilibrada de Wheatstone. Obter corrente zero por meio do galvanômetro oferece alta precisão, pois uma pequena alteração na resistência variável pode interromper a condição de equilíbrio.
Conforme mostrado na figura, existem quatro resistências na ponte R1, R2, R3 e Rx. Onde R1 e R2 são o resistor desconhecido, R3 é a resistência variável e Rx é a resistência desconhecida. Se a proporção dos resistores conhecidos for igual à proporção da resistência variável ajustada e da resistência desconhecida, nessa condição nenhuma corrente fluirá pelo galvanômetro.
Em condição equilibrada,
R1 / R2 = R3 / Rx
Agora, neste ponto, temos os valores de R1 , R2 e R3, portanto, é fácil encontrar o valor de Rx a partir da fórmula acima.
Da condição acima, Rx = R2 * R3 / R1
Assim, o valor da resistência desconhecida é calculado por meio desta fórmula, visto que a corrente no Galvanômetro é Zero.
Então precisamos ajustar o potenciômetro até o ponto em que a tensão em C e D serão iguais, nessa condição a corrente através dos pontos C e D será zero e a leitura do Galvanômetro será Zero, nessa posição particular a Ponte de Wheatstone será chamada em Condição equilibrada. Esta operação completa é explicada no vídeo fornecido abaixo:
Exemplo
Tomemos um exemplo para entender o conceito de ponte de Wheatstone, pois usamos uma ponte não balanceada para calcular o valor apropriado para Rx (resistência desconhecida) para balancear a ponte. Como sabemos, se a diferença de queda de tensão nos pontos C e D for zero, a ponte está em condição de equilíbrio.
De acordo com o diagrama do circuito, Para o primeiro braço ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Ao colocar os valores na fórmula acima, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volts
Para o segundo braço ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volts
Portanto, a diferença de tensão entre os pontos C e D é:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 volts
Se a diferença de queda de tensão entre C e D for positiva ou negativa (positiva ou negativa mostra a direção do desequilíbrio), isso mostra que a ponte está desequilibrada e para torná-la equilibrada precisamos de um valor diferente de resistência em substituição de R4.
O valor do resistor R4 necessário para equilibrar o circuito é:
R4 = (R2 * R3) / R1 (condição da ponte de equilíbrio) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Portanto, o valor de R4 necessário para balancear a ponte é 720 Ω, porque se a ponte estiver balanceada, a diferença de queda de tensão entre C e D é zero e se você puder usar um resistor de 720 Ω a diferença de tensão será zero.
Formulários
- Usado principalmente na medição de valor muito baixo de resistência desconhecida com faixa de mili-ohms.
- Se estiver usando um varistor com ponte de Wheatstone, também podemos identificar o valor de alguns parâmetros como capacitância, indutância e impedância.
- Ao usar a ponte Wheatstone com amplificador operacional, ajuda na medição de diferentes parâmetros como temperatura, tensão, luz, etc.