"El cor de la ciència és la mesura", i per a la mesura s'utilitzen els circuits de pont per trobar tot tipus de paràmetres elèctrics i electrònics. Hem estudiat diversos ponts en mesurament i instrumentació elèctrica i electrònica. La taula següent mostra diferents ponts amb els seus usos:
| S.No. | Nom del pont | Paràmetre a determinar |
| 1. | Wheatstone | mesura una resistència desconeguda |
| 2. | Anderson | mesureu l’autoinductància de la bobina |
| 3. | De-sauty | mesurant un valor molt petit de la capacitat |
| 4. | Maxwell | mesurar una inductància desconeguda |
| 5. | Kelvin | s’utilitza per mesurar resistències elèctriques desconegudes inferiors a 1 ohm. |
| 6. | Wein | mesura de la capacitat en termes de resistència i freqüència |
| 7. | Fenc | mesura d’inductor desconegut d’alt valor |
Aquí parlarem del pont de Wheatstone utilitzat per mesurar resistències desconegudes. El multímetre digital actual ajuda a mesurar la resistència d’una manera senzilla. Però l'avantatge del pont de Wheatstone sobre això és proporcionar la mesura de valors de resistència molt baixos en el rang de milli-ohms.
Pont de Wheatstone
Samuel Hunter Christie va inventar el pont de Wheatstone el 1833 i aquest pont va ser millorat i popularitzat per Sir Charles Wheatstone el 1843. El pont de Wheatstone és la interconnexió de quatre resistències que formen un pont. Les quatre resistències del circuit es denominen braços de pont. El pont s'utilitza per trobar el valor d'una resistència desconeguda connectada amb dues resistències conegudes, una resistència variable i un galvanòmetre. Per trobar el valor de la resistència desconeguda, la desviació del galvanòmetre es va fer zero ajustant la resistència variable. Aquest punt es coneix com a punt d’equilibri del pont de Wheatstone.
Derivació
Com podem veure a la figura, R1 i R2 són resistències conegudes. R3 és una resistència variable i Rx és una resistència desconeguda. El pont està connectat amb la font de corrent continu (bateria).
Ara bé, si Bridge es troba en condicions equilibrades, no hauria de passar corrent pel galvanòmetre i el mateix corrent I1 fluirà a través de R1 i R2. El mateix passa amb R3 i Rx, vol dir que el flux de corrent (I2) complet R3 i Rx seguirà sent el mateix. A continuació, es mostren els càlculs per esbrinar el valor de resistència desconegut quan el pont està en condicions d’equilibri (no hi ha flux de corrent entre els punts C i D).
V = IR (per llei d’ohm) VR1 = I1 * R1… equació (1) VR2 = I1 * R2… equació (2) VR3 = I2 * R3… equació (3) VRx = I2 * Rx… equació (4)
La caiguda de tensió a través de R1 i R3 és la mateixa i la caiguda de tensió a R2 i R4 també és la mateixa en condicions de pont equilibrat.
I1 * R1 = I2 * R3… equació (5) I1 * R2 = I2 * Rx… equació (6)
En dividir l'equació (5) i l'equació (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Així doncs, d’aquí obtenim el valor de Rx, que és la nostra resistència desconeguda i, per tant, és així com el pont de Wheatstone ajuda a mesurar una resistència desconeguda.
Operació
Pràcticament, la resistència variable s’ajusta fins que el valor del corrent a través del galvanòmetre esdevé zero. En aquest moment, el pont s’anomena pont de Wheatstone equilibrat. Obtenir corrent zero a través del galvanòmetre proporciona una alta precisió, ja que un canvi menor en la resistència variable pot alterar l'estat de l'equilibri.
Com es mostra a la figura, hi ha quatre resistències al pont R1, R2, R3 i Rx. On R1 i R2 són la resistència desconeguda, R3 és la resistència variable i Rx és la resistència desconeguda. Si la proporció de resistències conegudes és igual a la proporció de resistència variable ajustada i resistència desconeguda, en aquesta condició no correrà cap corrent pel galvanòmetre.
En estat equilibrat,
R1 / R2 = R3 / Rx
Ara, en aquest moment, tenim el valor de R1 , R2 i R3, de manera que és fàcil trobar el valor de Rx a partir de la fórmula anterior.
Per la condició anterior, Rx = R2 * R3 / R1
Per tant, el valor de la resistència desconeguda es calcula mitjançant aquesta fórmula, atès que el corrent a través del galvanòmetre és zero.
Per tant, hem d’ajustar el potenciòmetre fins al punt en què la tensió a C i D serà igual, en aquesta condició, el corrent a través dels punts C i D serà zero i la lectura del galvanòmetre serà Zero, en aquesta posició particular es dirà el pont de Wheatstone Estat equilibrat. Aquesta operació completa s'explica al vídeo que es presenta a continuació:
Exemple
Prenguem un exemple per entendre el concepte de pont de Wheatstone, ja que prenem un pont desequilibrat per calcular el valor adequat per Rx (resistència desconeguda) per equilibrar el pont. Com sabem, si la diferència de caiguda de tensió entre els punts C i D és nul·la, el pont es troba en estat d’equilibri.
Segons el diagrama del circuit, Per al primer braç ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
En posar els valors a la fórmula anterior, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volts
Per al segon braç ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volts
Per tant, la diferència de tensió entre els punts C i D és:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 volts
Si la diferència de caiguda de tensió entre C i D és positiva o negativa (positiva o negativa mostra la direcció del desequilibri), demostra que el pont està desequilibrat i per fer-lo equilibri necessitem un valor de resistència diferent en substitució de R4.
El valor de la resistència R4 necessària per equilibrar el circuit és:
R4 = (R2 * R3) / R1 (condició del pont d'equilibri) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Per tant, el valor de R4 necessari per equilibrar el pont és de 720 Ω, perquè si el pont està en equilibri, la diferència de caiguda de tensió entre C i D és zero i si podeu utilitzar una resistència de 720 Ω, la diferència de tensió serà zero.
Aplicacions
- S'utilitza principalment en la mesura de valor molt baix de resistència desconeguda que té un rang de milli-ohms.
- Si s'utilitza un varistor amb pont de Wheatstone, també podem identificar el valor d'alguns paràmetres com la capacitat, la inductància i la impedància.
- En utilitzar el pont de Wheatstone amb amplificador operatiu ajuda a mesurar diferents paràmetres com temperatura, tensió, llum, etc.