Ponte di Wheatstone: forze e peso

Ponte di Wheatstone

Rilevamento del peso e della forza

Si compone di un generatore di tensione che alimenta due rami resistivi posti in parallelo: il primo è composto da un resistore campione in serie a una cassetta di resistori (resistenza variabile tramite opportune manopole) di elevata precisione; il secondo ramo è invece composto da un resistore campione in serie alla resistenza incognita. Si pone quindi un galvanometro a zero centrale, eventualmente protetto da uno shunt in parallelo, tra i due resistori del primo ramo e i due del secondo ramo.

Alimentando quindi il circuito, si noterà che il galvanometro segnala il passaggio di una corrente elettrica. Si varia quindi il valore della cassetta di resistenze fino a quando il galvanometro non indica più il passaggio di una corrente. In questa situazione il valore di resistenza elettrica del resistore incognito è calcolabile con una semplice formula matematica.

Il galvanometro è uno strumento estremamente delicato e costoso che ha il pregio di essere estremamente sensibile, potendo rilevare correnti dell’ordine del μA. Lo si può sostituire con un voltmetro, sempre a zero centrale, purché quest’ultimo possa rilevare tensioni dell’ordine dei decimi di mV.

La strumentazione deve essere a zero centrale in quanto uno strumento a scala semplice non può misurare valori negativi (corrente o tensione inverse rispetto alla polarità dello strumento) e, nel caso di uno squilibrio del ponte opposto rispetto ai poli dello strumento, si correrebbe il rischio di danneggiarlo irrimediabilmente.

La cassetta di resistori ed il resistore campione può essere sostituita da un potenziometro graduato.

FUNZIONAMENTO:

Se la relazione dei due resistori del lato conosciuto (R2/(R2+R1)) è uguale alla relazione delle altre due resistenze del lato non noto (Rx/(Rx+R3)), la differenza di potenziale elettrico tra i due punti intermedi sarà nulla e pertanto non circolerà nessuna corrente elettrica fra questi due punti.

wheatstone-bridge-circuit-SitecnaPer effettuare la misura si fa variare il resistore R2 fino ad ottenere il punto di equilibrio, cioè fino a che il galvanometro misurerà passaggio di corrente nullo.

Il controllo della corrente nulla si può realizzare con gran precisione mediante il galvanometro G. In alternativa al galvanometro è possibile usare un amplificatore differenziale per strumentazione tipo INA217AIP.

La direzione della corrente, in condizione di non equilibrio, indica se R2 è troppo alta o troppo bassa.

Il valore della forza elettromotrice (E) del generatore è ininfluente per la determinazione del valore della misura.

Quando il ponte è costruito in modo che R1 è uguale a R3, Rx risulta uguale a R2 solamente in condizione di equilibrio.

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