Nessa seção você descobrirá como funcionam os circuitos do tipo "Ponte de Wheatstone", saberá porque eles são importantes nos circuitos eletrônicos em geral.
Ponte de Wheatstone
Charles Wheatstone era um cientista talentoso e versátil. Ele inventou a concertina, experimentou com a fotografia estereoscópica, inventou o estereoscópio e teve uma participação importante no desenvolvimento das comunicações com o telégrafo da época. Ele não reivindicou ter inventado o circuito que mais tarde veio a receber o seu nome, mas foi certamente um dos primeiros a explorar o circuito para fazer medidas de resistências. Então, vamos ver como é uma ponte de Wheatstone. Esse é o circuito:
É óbvio que o circuito consiste de dois divisores de tensão. Suponha que RX seja um valor desconhecido de resistência. RA e RB são resistores de resistências fixas e conhecidas. Vamos ajustar RC até que a Usaída sobre ele fique igual à Usaída do divisor que contém RX. Quando esses valores tornarem-se iguais, a ponte será dita "em equilíbrio". O "ponto de equilíbrio" (atuando-se sobre RC) pode ser visualizado, conectando-se um voltímetro ou um amperímetro aos terminais de saída. Ambos os tipos de medidores darão uma leitura ZERO quando o equilíbrio for alcançado. Quando o equilíbrio for obtido, a razão RX/RA será igual à razão RB/RC. Reorganizando:
RA x RB
RX = ________
RC
Em outras palavras, conhecendo-se RA, RB e RC, é fácil calcular RX. Nos instrumentos baseados na ponte de Wheatstone, RA e RB são fixos e RC é ajustado a uma escala corrediça de tal modo que o valor de RX é lido diretamente nessa escala móvel. Atualmente, a ponte de Wheatstone não é mais corriqueiramente usada para a medida de resistência, mas sim para artificiosos circuitos sensores.
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AP01 - Medição de nível de
líquidos com PTC |
Circuitos eletrônicos são construídos a partir de subcircuitos com finalidades específicas. Cada um deles deve operar em termos de entrada, processamento, saída. Há permanente transferência de informações entre subcircuitos. Essas informações, sob a denominação de sinais, via de regra estão sob a forma de tensões variáveis. Isso torna inevitável que tais circuitos incluam ponte de wheatstone como parte integrante de suas estruturas. Divisores de tensão não são apenas pequenos detalhes num circuito geral, eles são fundamentais para a compreensão do circuito eletrônico como um todo. Uma vez que você os entenda e saiba como procurá-los você os encontrará em todos os circuitos, como nos exemplos abaixo.
Aplicação 01 - Medição de Nível de Líquidos com PTC
A figura abaixo ilustra uma aplicação onde PTCs estão ligados em um divisor de tensão com um resistor, cuja finalidade é medir o nível de líquido em um tanque.
À medida que o nível do líquido sobe, a resistência dos PTCs vai se alterando, alterando a resistência total da associação. Isto provocará uma alteração da corrente que circula pelo amperímetro, que devidamente calibrado, permitirá determinar o nível do líquido.
Adequado para aplicações de medição ou controle de grande volume e baixo custo como sensoriamento do nível do líquido ou medição do fluxo de gás.
Aplicação 02 - Medição de Velocidade de Ar com PTC
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AP02 - Medição de velocidade de
ar com PTC |
A figura abaixo ilustra uma aplicação onde PTCs estão ligados em ponte de Wheatstone com um resistor, cuja finalidade é medir a velocidade do ar em um canal aerodinâmico.
Funcionamento: Dois PTCs permanecem onde o ar está parado e um outro é colocado dentro do canal aerodinâmico. Todos os PTCs são previamente aquecidos pela corrente que circula pela ponte.
Se o ar tiver a mesma temperatura em ambas as condições, ou seja dentro e fora do canal aerodinâmico, a ponte estará em equilíbrio.
Uma passagem de ar pelo canal fará com que o referido PTC seja mais resfriado causando então uma mudança da resistência e o desequilíbrio da ponte, que será acusado pelo amperímetro. Uma prévia calibração da escala do amperímetro permitirá a medição da velocidade do ar no canal aerodinâmico.
Aplicação 03 - Medição de pressão de Ar com NTC
O circuito desses variômetros apresentam dois termístores NTC, cada um deles medindo a temperatura do fluxo de ar que se movimenta sob a diferença de pressão ocasionadas pela alteração da altitude. O variômetro alerta o piloto para uma corrente térmica ascendente e, com isso, ele pode ganhar altura e voar durante um tempo maior.
O variometro, por exemplo, que detecta mudanças na pressão do ar devido às mudanças súbitas de altitude, muito usado em planadores, é um sensor que usa dos recursos dessa ponte. A ponte de Wheatstone pode ser usada como variômetro. O variômetro detecta mudanças na pressão do ar devido às mudanças súbitas de altitude, muito usado em planadores, é um sensor que usa dos recursos dessa ponte de Wheatstone.
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| AP03 - Medição de pressão do ar com PTC |
O circuito desses variometros apresentam dois termistores NTC, cada um deles medindo a temperatura do fluxo de ar que se movimenta sob a diferença de pressão ocasionadas pela alteração da altitude. O variometro alerta o piloto para uma corrente térmica ascendente e, com isso, ele pode ganhar altura e voar durante um tempo maior. Quando o instrumento é inicialmente aferido, o resistor prefixado é ajustado para uma tensão de saída ZERO. A vantagem da ponte de Wheatstone é que só diferenças de temperatura entre os dois sensores colocarão a ponte fora de equilíbrio. A propósito, os circuitos com ponte de Wheatstone são supostos prematuramente difíceis de entender. Isso não deve acontecer com você.
Via de regra, muito devido às aulas de Física, esse circuito é normalmente desenhado sob a forma de um losangulo. Sob esse formato fica menos óbvio o circuito básico de dois divisores de tensão mas, uma vez que você sabe disso, torna-se fácil entender a ação do circuito.
No link a seguir há exercícios de aplicação: 23_06_18 Aplicação de Ponte de Wheatstone com resistores não lineares e "LED".
© Direitos de autor. 2004: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 23/05/2023
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