L'uso del ponte di Wheatstone per misurare quantità non elettriche

Wheatstone Bridge è un circuito elettrico progettato per misurare l'entità della resistenza elettrica. Questo schema fu proposto per la prima volta dal fisico britannico Samuel Christie nel 1833 e nel 1843 fu migliorato dall'inventore Charles Wheatstone. Il principio di funzionamento di questo schema è simile all'azione delle bilance meccaniche per farmacia, ma non sono le forze che vengono equalizzate qui, ma i potenziali elettrici.

Il circuito del ponte di Wheatstone contiene due rami, i cui potenziali dei terminali centrali (D e B) sono equalizzati durante il processo di misurazione. Uno dei rami del ponte include un resistore Rx, il cui valore di resistenza deve essere determinato.

Il ramo opposto contiene un reostato R2 - resistenza regolabile. Tra le conclusioni centrali dei rami, l'indicatore G è acceso, che può essere un galvanometro, un voltmetro, un indicatore zero o un amperometro.

Durante il processo di misurazione, la resistenza del reostato viene gradualmente modificata fino a quando l'indicatore non mostra zero. Ciò significa che i potenziali dei punti medi del ponte tra i quali è collegato sono uguali tra loro e la differenza di potenziale tra loro è zero.

Quando la freccia dell'indicatore (galvanometro) viene deviata in una direzione o nell'altra da zero, ciò significa che una corrente scorre attraverso di essa e quindi il ponte non è ancora in equilibrio. Se l'indicatore è esattamente zero, il ponte è bilanciato.

Ovviamente, se il rapporto tra le resistenze superiore e inferiore nella spalla sinistra del ponte è uguale al rapporto tra le resistenze della spalla destra del ponte, l'equilibrio (o equilibrio) del ponte si verifica semplicemente a causa della differenza di potenziale zero tra i terminali del galvanometro.

E se i valori delle tre resistenze del ponte (compresa la resistenza corrente del reostato) vengono prima misurati con un errore sufficientemente piccolo, la resistenza desiderata Rx verrà trovata con una precisione sufficientemente elevata. Si ritiene che la resistenza del galvanometro possa essere trascurata.

Il ponte di Wheatstone è essenzialmente universale ed è applicabile non solo per misurare le resistenze dei resistori, ma anche per trovare una varietà di parametri non elettrici, è sufficiente che il sensore di grandezza non elettrico stesso sia resistivo.

Quindi la resistenza dell'elemento sensore, che cambia sotto un effetto non elettrico su di esso, può essere misurata usando il circuito a ponte di Wheatstone, e la corrispondente quantità non elettrica può quindi essere trovata con un piccolo errore.

Pertanto, si può trovare il valore del valore: deformazione meccanica (estensimetri), temperatura, illuminazione, conducibilità termica, capacità termica, umidità e persino la composizione della sostanza.

Gli strumenti di misura basati su bridge di Wheatstone in genere rilevano letture da un bridgetramite convertitore analogico-digitalecollegato a un dispositivo di elaborazione digitale, come un microcontrollore con un programma integrato che esegue la linearizzazione (sostituendo i dati non lineari con quelli lineari approssimativi), ridimensionando e convertendo i dati ricevuti in un valore numerico della quantità non elettrica misurata in unità appropriate, nonché correzione degli errori e output in un formato digitale leggibile a.

Ad esempio, le bilance da pavimento funzionano approssimativamente su questo principio. Inoltre, l'analisi armonica può essere eseguita immediatamente utilizzando metodi software, ecc.

I cosiddetti estensimetri (sensori resistivi di sollecitazione meccanica) sono utilizzati in bilance elettroniche, in dinamometri, manometri, torsiometri e tensometri.

L'estensimetro viene semplicemente incollato sulla parte deformabile, è incluso nella spalla del ponte, mentre la tensione nella diagonale del ponte sarà proporzionale allo stress meccanico a cui risponde il sensore - la sua resistenza cambia.

Con lo squilibrio del ponte, misurare l'entità di questo squilibrio e quindi trovare, ad esempio, il peso di un corpo. A proposito, il sensore può anche essere piezoelettrico se viene misurata una deformazione rapida o dinamica.

Quando è necessario misurare la temperatura, vengono utilizzati sensori resistivi, la cui resistenza varia con la temperatura del corpo o del mezzo oggetto di studio. Il sensore potrebbe anche non entrare in contatto con il corpo, ma piuttosto percepire la radiazione termica, come accade nei pirometri bolometrici.

Il principio di funzionamento di un pirometro bolometrico si basa su un cambiamento nella resistenza elettrica di un elemento termosensibile dovuto al suo riscaldamento sotto l'influenza di un flusso assorbito di energia elettromagnetica. Una sottile lastra di platino, annerita per un migliore assorbimento delle radiazioni, si riscalda rapidamente grazie al suo piccolo spessore sotto l'influenza delle radiazioni e la sua resistenza aumenta.

Allo stesso modo, funzionano termometri a resistenza con coefficiente di temperatura positivo e termistori con coefficiente di temperatura negativo basato su semiconduttori.

Quando la temperatura viene modificata indirettamente, è possibile misurare conducibilità termica, capacità termica, portata di un liquido o gas, concentrazione di componenti di una miscela di gas, ecc. Misure indirette di questo tipo vengono utilizzate nella gascromatografia e nei sensori termocatalitici.

I fotoresistori cambiano la loro resistenza sotto l'influenza dell'illuminazione e vengono utilizzati sensori resistivi specializzati per misurare il flusso di radiazioni ionizzanti.

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