«Le cœur de la science est la mesure», et pour la mesure, les circuits en pont sont utilisés pour trouver toutes sortes de paramètres électriques et électroniques. Nous avons étudié plusieurs ponts en mesure et instrumentation électriques et électroniques. Le tableau ci-dessous montre différents ponts avec leurs utilisations:
| S.No. | Nom du pont | Paramètre à déterminer |
| 1. | Wheatstone | mesurer une résistance inconnue |
| 2. | Anderson | mesurer l'auto-inductance de la bobine |
| 3. | Faire sauter | mesurer une très petite valeur de capacité |
| 4. | Maxwell | mesurer une inductance inconnue |
| 5. | Kelvin | utilisé pour mesurer des résistances électriques inconnues inférieures à 1 ohm. |
| 6. | Wein | mesure de la capacité en termes de résistance et de fréquence |
| sept. | Foins | mesure d'inducteur inconnu de valeur élevée |
Ici, nous allons parler du pont de Wheatstone utilisé pour la mesure de la résistance inconnue. De nos jours, le multimètre numérique aide à mesurer la résistance d'une manière simple. Mais l'avantage du pont de Wheatstone par rapport à cela est de fournir la mesure de très faibles valeurs de résistance dans la gamme des milli-ohms.
Pont de Wheatstone
Samuel Hunter Christie a inventé le pont de Wheatstone en 1833 et ce pont a été amélioré et popularisé par Sir Charles Wheatstone en 1843. Le pont de Wheatstone est l' interconnexion de quatre résistances formant un pont. Les quatre résistances en circuit sont appelées bras de pont. Le pont est utilisé pour trouver la valeur d'une résistance inconnue connectée à deux résistances connues, une résistance variable et un galvanomètre. Pour trouver la valeur de la résistance inconnue, la déviation sur le galvanomètre est remise à zéro en ajustant la résistance variable. Ce point est connu comme le point d'équilibre du pont de Wheatstone.
Dérivation
Comme nous pouvons le voir sur la figure, R1 et R2 sont des résistances connues. R3 est une résistance variable et Rx est une résistance inconnue. Le pont est connecté à la source CC (batterie).
Maintenant, si le pont est dans l' état équilibré, il ne devrait pas y avoir de courant circulant dans le galvanomètre et le même courant I1 circulera à travers R1 et R2. Il en va de même pour R3 et Rx, ce qui signifie que le flux de courant (I2) à travers R3 et Rx restera le même. Voici donc les calculs pour trouver la valeur de résistance inconnue lorsque le pont est dans l'état équilibré (pas de courant entre les points C et D).
V = IR (par loi d'Ohm) VR1 = I1 * R1… équation (1) VR2 = I1 * R2… équation (2) VR3 = I2 * R3… équation (3) VRx = I2 * Rx… équation (4)
La chute de tension sur R1 et R3 est la même et la chute de tension sur R2 et R4 est également la même dans la condition de pont équilibré.
I1 * R1 = I2 * R3… équation (5) I1 * R2 = I2 * Rx… équation (6)
Sur la division de l'équation (5) et de l'équation (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Donc, à partir de là, nous obtenons la valeur de Rx qui est notre résistance inconnue et c'est ainsi que le pont de Wheatstone aide à mesurer une résistance inconnue.
Opération
En pratique, la résistance variable est ajustée jusqu'à ce que la valeur du courant traversant le galvanomètre devienne nulle. À ce stade, le pont est appelé pont de Wheatstone équilibré. Obtenir un courant nul grâce au galvanomètre donne une grande précision, car un changement mineur de la résistance variable peut perturber l'état de l'équilibre.
Comme le montre la figure, il y a quatre résistances dans le pont R1, R2, R3 et Rx. Où R1 et R2 sont la résistance inconnue, R3 est la résistance variable et Rx est la résistance inconnue. Si le rapport des résistances connues est égal au rapport de la résistance variable ajustée et de la résistance inconnue, dans cette condition aucun courant ne traversera le galvanomètre.
Dans un état équilibré,
R1 / R2 = R3 / Rx
Maintenant, à ce stade, nous avons la valeur de R1 , R2 et R3, il est donc facile de trouver la valeur de Rx à partir de la formule ci-dessus.
De la condition ci-dessus, Rx = R2 * R3 / R1
Par conséquent, la valeur de la résistance inconnue est calculée à l'aide de cette formule, étant donné que le courant traversant le galvanomètre est égal à zéro.
Nous devons donc ajuster le potentiomètre jusqu'au point où la tension à C et D sera égale, dans cette condition, le courant passant par les points C et D sera nul et la lecture du galvanomètre sera zéro, dans cette position particulière Wheatstone Bridge sera appelé dans État équilibré. Cette opération complète est expliquée dans la vidéo ci-dessous:
Exemple
Prenons un exemple pour comprendre le concept de pont de Wheatstone, car nous prenons un pont déséquilibré pour calculer la valeur appropriée pour Rx (résistance inconnue) pour équilibrer le pont. Comme nous savons si la différence de chute de tension entre les points C et D est nulle, le pont est en état d'équilibre.
Selon le schéma de circuit, Pour le premier bras ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
En mettant les valeurs dans la formule ci-dessus, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volts
Pour le deuxième bras ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volts
Ainsi, la différence de tension entre les points C et D est:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 volts
Si la différence de chute de tension entre C et D est positive ou négative (positive ou négative indique la direction du déséquilibre), cela montre que le pont est déséquilibré et pour le rendre équilibré, nous avons besoin d'une valeur de résistance différente en remplacement de R4.
La valeur de la résistance R4 requise pour équilibrer le circuit est:
R4 = (R2 * R3) / R1 (état du pont d'équilibrage) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Par conséquent, la valeur de R4 requise pour équilibrer le pont est de 720 Ω, car si le pont est équilibré, la différence de chute de tension entre C et D est nulle et si vous pouvez utiliser une résistance de 720 Ω, la différence de tension sera nulle.
Applications
- Principalement utilisé dans la mesure de très faible valeur de résistance inconnue ayant une plage de milli-ohms.
- Si vous utilisez une varistance avec un pont de Wheatstone, nous pouvons également identifier la valeur de certains paramètres tels que la capacité, l'inductance et l'impédance.
- En utilisant le pont de Wheatstone avec un amplificateur opérationnel, il aide à mesurer différents paramètres tels que la température, la déformation, la lumière, etc.