Tópicos:
- Introdução
- Ponte de Wheatstone em equilíbrio
- Ponte desequilibrada de Wheatstone (valores de resistência conhecidos)
- Ponte de Wheatstone com valor de resistência desconhecido
Introdução:
A ponte de Wheatstone é um circuito de ponte elétrica para medir com precisão a resistência elétrica constante ou variável. Este circuito pode ser usado para medir grandezas físicas como temperatura e pressão, como vemos no medidor de massa de ar (temperatura do fio quente) e Sensor MAPA (pressão no coletor de admissão).
Há quatro na ponte de Wheatstone resistores, três dos quais têm resistência conhecida e um tem resistência desconhecida. A ponte na verdade consiste em dois divisores de tensão conectados em paralelo.
Na imagem vemos os resistores R1 a R3 (valores de resistência conhecidos) e Rx (desconhecidos), com um voltímetro no meio dos dois divisores de tensão e uma fonte de tensão à esquerda da ponte.
A ponte de Wheatstone está balanceada quando a tensão de saída entre os pontos b e c é igual a 0 volts. Várias situações são mostradas nos parágrafos seguintes.
Ponte de Wheatstone em equilíbrio:
A ponte de Wheatstone é balanceada ou balanceada quando a tensão de saída é igual a 0 volts, pois os valores de resistência à esquerda e à direita são proporcionais entre si.
O circuito nesta seção é desenhado de forma diferente da seção anterior, mas é baseado na mesma operação.
- os resistores R1 e R2 têm resistência de 270 e 330 Ω. Somados, isso dá 600 Ω;
- os resistores R3 e Rx têm resistência de 540 e 660 Ω. Somados, isso dá 1200 Ω.
As relações entre os resistores à esquerda e à direita são as mesmas. Isso significa que as relações de resistência e quedas de tensão são iguais entre R1 e R3, assim como R2 e Rx.
As fórmulas abaixo mostram as relações iguais de resistência e as quedas de tensão:
en 
Com valores conhecidos de tensão de alimentação e resistência, podemos determinar as quedas de tensão nos resistores e, portanto, a diferença de tensão entre os pontos b e c. No exemplo abaixo calculamos a diferença de tensão entre os pontos b e c para uma ponte de Wheatstone balanceada. O conhecimento do Lei de Ohm e calcule com circuitos em série e paralelo é um requisito.
1. calcule as correntes através dos resistores R1 e R2 (RV = resistência de substituição):
2. calcule a queda de tensão nos resistores R1 e R2:
3. calcule as correntes através dos resistores R1 e R2:
4. calcule a queda de tensão nos resistores R3 e Rx:
A tensão nos pontos b e c é de 5,4 volts. A diferença de potencial é igual a 0 volts.
Ponte desequilibrada de Wheatstone (valores de resistência conhecidos):
Como resultado de uma mudança na resistência de Rx, a ponte de Wheatstone ficará desequilibrada. A mudança de resistência pode ocorrer devido, por exemplo, a uma mudança de temperatura, onde Rx é um termistor é. O divisor de tensão entre R1 e R2 permanecerá o mesmo, mas não entre R3 e Rx. Como o divisor de tensão muda ali, obtemos uma tensão diferente no ponto c. Neste exemplo, o valor da resistência de Rx caiu de 600 Ω para 460 Ω.
1. calcule as correntes através dos resistores R1 e R2:
2. calcule a queda de tensão nos resistores R1 e R2:
4. calcule a queda de tensão nos resistores R3 e Rx:
Nos dois exemplos, o valor da resistência de Rx mudou de 660 Ω para 460 Ω. Essa mudança na resistência fez com que a tensão entre bc mudasse de 0 volts para 1,08 volts. Se esta ponte de Wheatstone estiver embutida na eletrônica do sensor, a tensão de 1,08 volts será vista como uma tensão de sinal. Esta tensão de sinal é enviada para a ECU através de um fio de sinal. O Conversor A/D na ECU converte a tensão analógica em uma mensagem digital, que pode ser lida pelo microprocessador.
Ponte de Wheatstone com valor de resistência desconhecido:
Nas seções anteriores assumimos um valor de resistência conhecido de Rx. Como este valor de resistência é variável, podemos dar um passo adiante e calcular este valor de resistência para equilibrar a ponte de Wheatstone.
Neste circuito R1 e R2 são novamente 270 e 330 Ω. A resistência de R3 foi reduzida para 100 Ω e Rx é desconhecido. Se, além do valor da resistência, as tensões e correntes também forem desconhecidas, podemos calcular o valor da resistência Rx de duas formas:
Caminho 1:
Primeiro, olhamos primeiro a fórmula geral e depois inserimos os valores de resistência:
-> 
2. Existe um fator de 270 entre 100 e 2,7, assim como entre 330 e o valor desconhecido.
Dividindo 330 por 2,7 chegamos a uma resistência de 122,2 Ω.
Caminho 2:
1. através da fórmula geral na qual multiplicamos cruzadamente as resistências:
2. convertemos a fórmula pegando Rx do lado esquerdo de = e dividindo por R1. Também chegamos a um valor de resistência de 122,2 Ω.
Naturalmente, verificamos se temos uma ponte balanceada com resistência previamente calculada de 122 Ω.
Os resistores R1 e R2 com as correntes e tensões parciais são os mesmos dos exemplos dos parágrafos 1 e 2, portanto são considerados conhecidos. Nós nos concentramos no lado direito da ponte.
1. calcule a corrente através de R3 e Rx:
2. calcule a queda de tensão nos resistores R3 e Rx:
A diferença de tensão entre os pontos b e c é 0 volts porque os resistores R1 e R3 absorvem 5,4, então a ponte agora está equilibrada.
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