Caracterize a Ponte de Wheatstone e explique o princípio da sua aplicação no condicionamento de sensores passivos.
Passo 1
O enunciado pede para caracterizar a Ponte de Wheatstone e explicar como ela é usada no condicionamento de sensores passivos. O conteúdo envolve análise de circuitos em corrente contínua e instrumentação: mostraremos o arranjo simétrico de resistores, a condição de equilíbrio e como se aproveita o desbalanço para medir variações de resistência de um sensor.
Passo 2
A Ponte de Wheatstone é formada por quatro resistores
dispostos em losango. Alimenta-se o nó superior com uma fonte de tensão
e o inferior com o negativo da fonte. Os nós laterais são os pontos de medição da saída
:
Aqui
está entre
e
, e
. Quando a ponte está equilibrada, a saída é nula.
Passo 3
Para ver isso, aplicamos divisão de tensão nos dois ramos:
Logo a tensão de saída é
A condição de equilíbrio (
) ocorre quando
Passo 4
No condicionamento de sensores passivos (ex.: strain gauges, termistores, RTDs), substitui-se um dos resistores—digamos
—pela resistência do sensor
. Primeiro ajusta-se a ponte para que esteja equilibrada em
, gerando
em repouso. Quando o parâmetro físico muda,
varia em
e a ponte se desbalança, produzindo
Esse pequeno
é então amplificado por um amplificador de instrumentação, obtendo-se um sinal proporcional à grandeza medida. Usando arranjos de meia-ponte ou ponte completa, consegue-se também compensar temperatura e melhorar a sensibilidade e rejeição de modo-comum.
Resposta
A Ponte de Wheatstone é um circuito em losango com quatro resistores, cuja saída diferencial
é
e fica nula na condição
. No condicionamento de sensores passivos, utiliza-se o sensor como um dos braços resistivos, equilibra-se a ponte em repouso, e então a variação de resistência do sensor gera um pequeno desbalanço
que é amplificado, permitindo medir com precisão a grandeza física.