Pont de Wheatstone

Introduction à pont de Wheatstone

Dans le monde réel, nous rencontrons différents signaux, certains d'entre eux sont mesurés par les variations de résistance et certains d'entre eux sont avec inductance et capacitance. Si l'on considère la résistance, la plupart des capteurs industriels tels que la température, la tension, l'humidité, le déplacement, niveau de liquide, etc. produit la variation de valeur de la résistance pour un changement de variable. Par conséquent, il existe un besoin pour un conditionnement de signaux pour chaque capteur résistif.
En général, la mesure de la résistance est divisé en trois types, faible mesure de résistance, de mesure de résistance moyenne et la mesure à haute résistance. Si la mesure de résistance est peut-être de quelques milliohms à micro-ohms, il est alors considéré comme une mesure de résistance faible. Cette mesure est en fait utilisé à des fins de recherche. Si la mesure est de 1 ohm à 100 K est généralement désigné comme une mesure de résistance moyenne. Potentiomètre, des sondes, etc. mesure relève de cette catégorie. Et très haute mesure de résistance est considéré de 100 kilo ohms à plus de 100 méga ohms. Pour trouver la valeur moyenne de la résistance différentes méthodes sont utilisées, mais la plupart du temps pont de Wheatstone est utilisé.

Quel est Wheatstone Bridge?

Le réseau de pont la plus courante et la plus simple pour trouver la résistance est le DC pont de Wheatstone. Ce pont est utilisé où de petites variations de résistance sont mesurés comme dans les applications de capteurs. Ceci est utilisé pour convertir une variation de résistance à une variation de tension d'un transducteur. La combinaison de ce pont avec amplificateur opérationnel est largement utilisé dans l'industrie pour les différents transducteurs et les capteurs. Un pont de Wheatstone constitué de quatre résistances qui sont connectées en forme de diamant avec la source d'alimentation et des appareils d'affichage comme représenté sur la figure.

Ce pont est utilisée pour trouver la résistance inconnue très précisément par comparaison avec une valeur connue de résistances. Dans ce pont état nulle ou équilibrée est utilisé pour trouver la résistance. Pour ce pont équilibré tension d'une condition aux points C et D doit être égal. Par conséquent, aucun courant ne circule à travers le galvanomètre. Pour obtenir l'état d'équilibre une des résistances doit être variable.
Dans la figure,

La tension au point D = V × R _X / (R ₃ R + _X )

La tension au point C = V x R ₂ / (R ₁ + R ₂ )

La tension (V) aux bornes galvanomètre ou entre C et D est,

V _CD = V × R _X / (R ₃ R + _X ) - VR ₂ / (R ₁ + R ₂ )

Lorsque le pont est équilibré V _CD = 0,
Alors,

V × R _X / (R ₃ + R _X ) = VR ₂ / (R ₁ + R ₂ )

R _X R ₁  + R _X R ₂ = R ₂ R ₃  + R ₂ R _X

R ₁ R _X = R ₂ R ₃

R ₂ / R ₁ = R _X / R ₃

Ce est la condition pour équilibrer le pont. Et pour trouver la valeur inconnue de la résistance

R _X R = ₃ × (R ₂ / R ₁ )

De l'équation ci-dessus R4 ou Rx peuvent être calculées à partir de la valeur connue de la résistance R3 et le rapport de R2 / R1. Par conséquent, la plupart des cas, les valeurs R2 et R1 sont fixes et la valeur R3 est variable de sorte que la valeur nulle est atteint et le pont se équilibre.

Pont de Wheatstone Principe de fonctionnement

Sans le galvanomètre, le circuit de pont ressemble à un circuit de diviseur de tension comme indiqué dans la figure ci-dessous. Considérez R ₁ = 20 ohms, R ₂ = 40 ohms pour un bras et pour l'autre considèrent mêmes valeurs de R ₃ et R ₄ , respectivement. 

Le flux de courant dans le premier bras est

I ₁ = V / (R ₁ + R ₂ )

I ₁ = 12V / (20 + 40)

Je ai _une = 0,2 A

Et la tension au point C est égale à la chute de tension à la résistance R ₂ , 

V _R2 = I ₁ × R ₂ = 0,2 × 40 = 8V

De même, la tension aux bornes de R ₁ est 4V (0,2 x 20). En raison de ces mêmes valeurs de résistance, les tensions à R ₄ et R ₃ sera identique à celle de R ₁ et R ₂ respectivement. D'où des tensions aux points A et B sont identiques, donc la lecture du zéro galvanomètre montre que la différence de potentiel est nul. Dans ce cas, le pont est dit être dans un état ​​équilibré.

Supposons si on inverse les résistances dans le second bras, le courant est même en raison de la circuit série. Mais la tension aux bornes de la résistance R ₄ changements, ce est-0,2 * 20 = 4V. Donc, dans cet état ​​de tension pour les points A et B sont différents et existe une différence de potentiel 8-4 = 4V. Ce est la condition déséquilibrée du pont.

Exemple de pont de Wheatstone

De ce qui précède, le pont de Wheatstone est déséquilibré lorsque le voltmètre est pas nul. Cette lecture peut être positif ou négatif dépend de la grandeur des tensions aux bornes des compteurs. Prenons le circuit ci-dessous du pont de Wheatstone qui est relié à trouver la valeur de résistance inconnue avec l'utilisation de la boîte de dix ans de résistance pour obtenir la résistance variable de R ₃ . 

Nous savons que la condition de l'équilibre du pont est

R ₄ = R ₃ × R ₂ / R ₁

R _x = R _BOX x (10 x 10 ³ ) / (10 x 10 ³ )

R _x = R _BOX

Ici, dans ce cas, le pont de Wheatstone est équilibré par le réglage de la boîte de résistance à la décennie jusqu'à ce que le voltmètre indique la valeur zéro. Et la valeur de résistance correspondante de la boîte est égale à la résistance inconnue. Supposons que si la condition de tension nulle se produit à 250 ohms résistance du bloc de dix ans, la résistance est également inconnu 250 ohms.

Pont de Wheatstone pour la souche de mesure

La plupart du temps pour mesurer la contrainte, les jauges de contrainte sont utilisés dont la résistance électrique varie avec la pression proportionnelle dans le dispositif. Dans la pratique, la plage de résistance de jauge de contrainte est de 30 ohms à 3000 ohms. Pour une souche donnée, le changement de résistance peut être seulement une fraction de gamme. Par conséquent, pour mesurer extrêmement une fraction de la variation de résistance avec une grande précision, la configuration de pont de Wheatstone est utilisé. La figure ci-dessous montre le pont de Wheatstone où la résistance inconnue est remplacé par une jauge de contrainte.

Dans le circuit ci-dessus, deux résistances R ₁ et R ₂ sont égaux à l'autre et R ₃ est la résistance variable. En l'absence de force exercée sur la jauge de contrainte, rhéostat est varié et enfin positionné en sorte que le voltmètre indiquera déviation nulle. Cela se appelle une condition pont d'équilibrage. Cette condition représente qu'il n'y a pas de pression sur le manomètre.
Si la jauge de contrainte est soit tendu ou comprimé, alors la résistance peut augmenter ou diminuer. Par conséquent, ce qui provoque de déséquilibre du pont. On obtient ainsi une indication de la tension sur le voltmètre correspond à la variation de contrainte. Si la contrainte appliquée sur une jauge de contrainte est de plus, puis la différence de tension aux bornes du compteur est plus. Si la souche est zéro, les soldes de pont et le compteur montre lecture du zéro.
Il se agit de la mesure de résistance au moyen d'un pont de Wheatstone pour mesurer avec précision. En raison de la résistance de mesure fractionnaire, ponts de Wheatstone sont principalement utilisés dans les mesures de jauges de contrainte et d'un thermomètre.

Pont de Wheatstone Applications:

1. Le pont de Wheatstone est utilisé pour mesurer les très faibles valeurs de résistance de précision.
2. Pont de Wheatstone avec amplificateur opérationnel est utilisé pour mesurer les paramètres physiques comme la température, la tension, la lumière, etc.   
3. Nous pouvons également mesurer la quantité de capacité, inductance et d'impédance en utilisant les variations sur le pont de Wheatstone.