Ponte di misura di Wheatstone e suo utilizzo

Uno dei più popolari circuiti a ponte, utilizzato ancora oggi negli strumenti di misura e nei laboratori elettrici, è il ponte di misura di Wheatstone, dal nome dell'inventore inglese Charles Wheatstone, che già nel 1843 propose questo schema per misurare la resistenza.

Il ponte di misurazione di Wheatstone è essenzialmente un analogo elettrico della bilancia a fascio farmaceutico, poiché qui viene utilizzato un metodo simile di misurazione della compensazione.

Il principio di funzionamento del ponte di misura si basa sull'equalizzazione dei potenziali dei terminali centrali di due rami di resistori collegati in parallelo, ogni ramo ha due resistori. Come parte di uno dei rami, è incluso un resistore di cui si desidera conoscere il valore e nell'altro un resistore con resistenza regolabile (reostato o potenziometro).

Variando dolcemente il valore di resistenza del resistore regolabile, si ottiene una lettura zero sulla scala del galvanometro compresa nella diagonale tra i punti medi dei due rami citati.Nelle condizioni in cui il galvanometro legge zero, i potenziali dei punti medi saranno uguali e quindi la resistenza desiderata può essere facilmente calcolata.

È chiaro che oltre ai resistori e al galvanometro, il circuito deve avere un'alimentazione per il ponte, nella figura è mostrato come cella galvanica E. La corrente scorre dal positivo al negativo, dividendosi tra i due rami in inversamente proporzionale alle loro resistenze.

Se i resistori superiore e inferiore nel braccio del ponte sono gli stessi in coppia, cioè quando i bracci sono esattamente gli stessi, non c'è motivo per cui la corrente appaia attraverso la diagonale, poiché la differenza di potenziale tra i punti di connessione del galvanometro è zero. In questo caso, si dice che il ponte sia bilanciato o bilanciato.

Se i resistori superiori sono gli stessi e quelli inferiori no, la corrente fluirà diagonalmente, dal braccio di maggiore resistenza al braccio di minore resistenza, e l'ago del galvanometro devierà nella direzione appropriata.

Quindi, se i potenziali dei punti a cui è collegato il galvanometro sono uguali, i rapporti dei valori dei resistori superiore e inferiore nei bracci saranno uguali tra loro. Quindi, eguagliando queste relazioni, otteniamo un'equazione con un'incognita. Le resistenze R1, R2 e R3 dovrebbero essere misurate inizialmente con elevata precisione, quindi l'accuratezza della ricerca del resistore Rx (R4) sarà elevata.

Il circuito del ponte di Wheatstone viene spesso utilizzato per misurare la temperatura quando uno dei rami del ponte si accende termometro a resistenza come resistenza sconosciuta.In ogni caso, maggiore è la differenza di resistenze nei rami, maggiore sarà la corrente attraverso la diagonale, e al variare della resistenza cambierà anche la corrente diagonale.

Questa proprietà del ponte di Wheatstone è così apprezzata da coloro che risolvono problemi di controllo e misura e sviluppano schemi di controllo e automazione. Il minimo cambiamento di resistenza in uno dei rami provoca un cambiamento nella corrente attraverso il ponte e questo cambiamento viene registrato. Invece di un galvanometro, nella diagonale del ponte può essere incluso un amperometro o un voltmetro, a seconda del particolare circuito e dello scopo dello studio.

In generale, utilizzando il ponte di Wheatstone, è possibile misurare varie grandezze: deformazione elastica, illuminamento, umidità, capacità termica, ecc. è sufficiente includere nel circuito il sensore corrispondente al posto del resistore misurato, il cui elemento sensibile sarà essere in grado di modificare la resistenza è coerente con la variazione del valore misurato, anche se non è elettrica. Di solito in questi casi è collegato un ponte di Wheatstone tramite ADC, e l'ulteriore elaborazione del segnale, la visualizzazione delle informazioni sul display, le azioni basate sui dati ricevuti: tutto ciò rimane una questione di tecnologia.