Ponte di Wheatstone

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Il ponte di Wheatstone è un dispositivo elettrico inventato da Samuel Hunter Christie e perfezionato da Charles Wheatstone che permette di misurare in modo preciso il valore di una resistenza elettrica.

Schema di un ponte di Wheatstone

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 composta 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. Variando il valore della cassetta di resistenze fino a azzerare la corrente passante per il galvanometro (equilibrando quindi il ponte), si otterrà l'esatto valore di resistenza elettrica del resistore incognito.

Il galvanometro ha il pregio di essere estremamente sensibile (correnti dell'ordine del μA) ma è estremamente delicato e costoso. Si può sostituirlo 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 i poli dello strumento, si danneggerebbe irrimediabilmente.

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

[modifica] Descrizione del funzionamento

Immagine reale di un Ponte di Wheatstone

Se analizziamo lo schema del Ponte vediamo che, R_x é il resistore il cui valore di resistenza elettrica vogliamo determinare, R₁ e R₃ sono resistori di valore fisso e noto, mentre il resistore R₂ é variabile.

Se la relazione dei due resistori del lato conosciuto R₂/R₁) é uguale alla relazione degli altri due resistori del lato non noto (R_x/R₃), la differenza di potenziale elettrico tra i due punti intermedi sará nulla e pertanto non circolerá nessuna corrente elettrica fra questi due punti.

Per effettuare la misura si fa variare il resistore R₂ fino ad ottenere il punto di equilibrio.

Il controllo della corrente nulla si puó realizzare con gran precisione mediante il galvanometro G.

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

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

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

Nello stesso modo, in condizione di equilibrio, é sempre vero che :

$R_x = \frac {R_2 \times R_3} {R_1}$

Se i valori di R₁, R₂ e R₃ si conoscono con molta precisione, il valore di R_x puó essere determinato con simile precisione. Piccoli cambi nel valore di R_x romperanno l'equilibrio e saranno chiaramente identificati dall'indicazione del galvanometro. In modo alternativo, se i valori di R₁, R₂ e R₃ sono noti e R₂ non é variabile, la corrente elettrica che passa attraverso il galvanometro puó essere utilizzata per calcolare il valore di R_x essendo questo procedimento piú rapido che quello di aggiustare a zero la corrente elettrica attraverso lo strumento di misura. Se R₁ e R₂ vengono sostituite con un potenziometro a filo avvolto (con contatto strisciante), il ponte viene detto ponte a filo.

[modifica] Ponte universale

Con lo stesso principio (azzeramento della corrente in un galvanometro) funziona anche il ponte universale, che, oltre alla resistenza, misura anche la capacità C e l'induttanza L dei componenti, i ponti moderni a microprocessore sono in grado di fornire anche la misura del fattore di merito (Q), di un'induttanza, e ovviamente, come tutti gli strumenti di misura elettronici di classe elevata, anche il Ponte universale, tramite bus IEEE-488 può essere inserito in un sistema automatico di misura gestito da computer.