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:
VB=Vs,R2R1+R2 , VD=Vs,R4R3+R4
Logo a tensão de saída é
Vo=VB-VD =Vs!l(R2R1+R2-R4R3+R4r)
A condição de equilíbrio ( Vo=0) ocorre quando
R1R2=R3R4

Passo 4

No condicionamento de sensores passivos (ex.: strain gauges, termistores, RTDs), substitui-se um dos resistores—digamos R3—pela resistência do sensor RS. Primeiro ajusta-se a ponte para que esteja equilibrada em RS=RS0, gerando Vo=0 em repouso. Quando o parâmetro físico muda, RS varia em De<a R e a ponte se desbalança, produzindo
Voapprox Vs,De<a R4,RS0 (para De<a Rll RS0)
Esse pequeno Vo 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 Vo é
Vo=Vsl(tfracR2R1+R2-tfracR4R3+R4r)
e fica nula na condição tfracR1R2=tfracR3R4. 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 De<a V que é amplificado, permitindo medir com precisão a grandeza física.

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