Pont de Wheatstone
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Un pont de Wheatstone est un instrument de mesure inventé par Samuel Hunter Christie en 1833, puis amélioré et démocratisé par Charles Wheatstone en 1843. Ceci est utilisé pour mesurer une résistance électrique inconnue par équilibrage de deux branches d'un circuit en pont, avec une branche contenant le composant inconnu.
Considérons la figure ci-contre. Le pont est constitué de deux résistances connues, R 1 et R 2, d'une résistance variable de précision, R 3, et d'un galvanomètre ou voltmètre sensible, G.
Le potentiel au point de jonction entre R1 et R2 (noté D) est obtenu grâce au théorème de Millman et vaut V.R2/(R1 + R2), où V est la différence de potentiel aux bornes de la pile. Si nous plaçons entre R3 et la masse une résistance inconnue, Rx, la tension au point de jonction entre R3 et Rx vaut V.Rx / (R3 + Rx).
Ajustons R3 de façon à annuler le courant dans le galvanomètre ; la différence de potentiel aux bornes de celui-ci est donc nulle. En égalant les deux tensions calculées ci-dessus, l'on trouve :
En pratique, le pont de Wheatstone comporte un ensemble de résistances calibrées, de façon à pouvoir mesurer une large gamme de valeurs de Rx avec une seule résistance de précision ; il suffit de changer le rapport R1/R2.
Par ailleurs, la même technique peut être utilisée pour mesurer la valeur de condensateurs (pont de Sauty) ou d'inductances (pont de Maxwell). On remplace la source de tension continue par une source de tension alternative et la résistance de précision par un condensateur ou une inductance de précision. À l'équilibre du pont (courant nul dans le galvanomètre), le rapport des impédances dans la branche réactive est égal au rapport des résistances.
[modifier] Utilisation pour les jauges de contrainte
Le pont de Wheatstone est également utilisé lors de la mise en œuvre de jauges de contrainte.
Une jauge de contrainte est basée sur la propriété qu'ont certains matériaux de voir leur conductibilité varier lorsqu'ils sont soumis à des contraintes, pressions ou déformations (piézorésistance)aussi connues sous le nom de barrorécepteurs. Elle permet de fabriquer des capteurs de pression, accélération, etc. Comme les variations de résistance sont trop faibles pour être directement mesurables, il est nécessaire de faire appel à un montage en pont de Wheatstone.
Alimenté par une source de tension le pont a, à l'équilibre, une tension V nulle, mais la variation de l'une ou l'autre des résistances fait apparaître une tension non nulle. Dans la pratique, plusieurs de ces résistances sont des jauges.
L'intérêt de ce montage est que deux résistances adjacentes agissent en sens opposé et deux résistances opposées agissent dans le même sens. On peut donc réduire les variations parasites (comme la température) et avoir une meilleure précision.
Un capteur à quatre jauges permet d'avoir encore une meilleure précision qu'un capteur à une jauge. Dans la pratique, le nombre de jauges est souvent dicté par la géométrie de la pièce.
