Pont de Wheatstone

Un pont de Wheatstone est un instrument de mesure inventé par Samuel Hunter Christie en 1833, puis amélioré et popularisé par Charles Wheatstone en 1843. Il 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.

Description de l'instrument

Le pont est constitué de deux résistances connues R₁ et R₃, d'une résistance ajustable de précision R₂ et d'un galvanomètre V_G^[1].

Le potentiel au point de jonction entre R₁ et R₂ (noté D) est obtenu grâce au pont diviseur de tension et vaut U_AC·R₂/(R₁+R₂), où U_AC désigne la différence de potentiel aux bornes de la pile. Si nous plaçons entre R₃ et le pôle négatif de la pile une résistance inconnue R_x, le potentiel au point de jonction entre R₃ et R_x (noté B) vaut U_AC·R_x/(R₃+R_x).

Ajustons R₂ 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, on trouve^[2] :

${\displaystyle R_{x}={{R_{3}\cdot R_{2}} \over {R_{1}}}}$

En pratique, le pont de Wheatstone comporte un ensemble de résistances calibrées, de façon à pouvoir mesurer une large gamme de valeurs de R_x avec une seule résistance ajustable ; il suffit de changer le rapport R₃/R₁.

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 ajustable par un condensateur ou une inductance ajustable. À l'équilibre du pont (courant nul dans le galvanomètre), le rapport des impédances dans la branche réactive est égal au rapport des résistances.

Utilisation pour les jauges de déformation

Le pont de Wheatstone est également utilisé lors de la mise en œuvre de jauges de déformation.

Une jauge de déformation est basée sur la propriété qu'ont certains matériaux de voir leur conductivité varier lorsqu'ils sont soumis à des contraintes, pressions ou déformations (piézorésistance). 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 U_BD 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.

Notes et références

1. « Les ponts de mesure », sur ressources.univ-lemans.fr, Université du Maine (consulté le 26 juin 2012) [PDF].
2. « Pont de Wheatstone », sur ressources.univ-lemans.fr (consulté le 26 juin 2012).

Voir aussi

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• Pont de Wheatstone, sur Wikimedia Commons

• Pont de Maxwell
• Jauge de contrainte

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