v tomto tutoriálu se dozvíme o Wheatstone Bridge. Uvidíme pracovní princip Wheatstoneova mostu, několik příkladů obvodů a některé důležité aplikace.

Úvod do Wheatstonova Můstku

V reálném světě narazíme na různé signály, některé z nich se měří změny v odporu a některé z nich jsou s indukční a kapacitní.

Pokud vezmeme v úvahu odpor, většinu průmyslových senzorů, jako je teplota, napětí, vlhkost, posunutí, hladiny kapalin, atd. vytváří změnu hodnoty odporu pro proměnnou změnu. Proto je pro každý snímač odporu potřeba klimatizace signálu.

obecně se měření odporu dělí na tři typy, měření nízkého odporu, měření středního odporu a měření vysokého odporu. Pokud je měření odporu možná od několika miliohmů do mikro ohmů, považuje se to za měření nízkého odporu.

toto měření se ve skutečnosti používá pro výzkumné účely. Pokud je měření od 1 ohm do 100 k, je obecně označováno jako měření odporu média. Potenciometr, termistory atd. měření spadá do této kategorie.

a velmi vysoké měření odporu je zvažováno od 100 kilo ohmů do více než 100 mega ohmů. Pro zjištění střední hodnoty odporu se používají různé metody, ale většinou se používá Wheatstoneův most.

co je Wheatstone Bridge?

nejběžnější a nejjednodušší mostní sítí pro nalezení odporu je most DC Wheatstone. Tento most se používá tam, kde mají být měřeny malé změny odporu jako v aplikacích senzorů. To se používá k převodu změny odporu na změnu napětí převodníku.

kombinace tohoto můstku s operačním zesilovačem je široce používána v průmyslových odvětvích pro různé převodníky a senzory. Wheatstoneův most se skládá ze čtyř odporů, které jsou spojeny ve tvaru diamantu se zdrojem napájení a indikačními nástroji, jak je znázorněno na obrázku.

Tento most je použit k nalezení neznámého odporu velmi přesně porovnáním se známou hodnotou rezistence. V tomto můstku se k nalezení odporu používá nulový nebo vyvážený stav.

Pro tento most vyvážený stav napětí v bodech C a D se musí rovnat. Galvanometrem tedy neproudí žádný proud. Pro dosažení vyváženého stavu musí být jeden z odporů variabilní.

From the figure,

The voltage at point D = V × RX / (R3 + RX)

The voltage at point C = V × R2 / (R1 + R2)

The voltage (V) across galvanometer or between C and D is,

VCD = V × RX / (R3 + RX) − V R2 / (R1 + R2)

When the bridge is balanced VCD = 0,

So,

V × RX / (R3 + RX) = V R2 / (R1 + R2)

RXR1 + RXR2 = R2R3 + R2RX

R1RX= R2R3

R2/R1= RX/R3

This je podmínkou pro vyvážení mostu. A pro nalezení neznámé hodnoty odporu

RX = R3 × (R2 / R1)

Z výše uvedené rovnice R4 nebo Rx lze vypočítat ze známé hodnoty odporu R3 a poměr R2/R1. Proto je většina hodnot případů R2 a R1 pevná a hodnota R3 je proměnná, takže je dosaženo hodnoty null a můstek je vyvážený.

pracovní princip

bez galvanometru vypadá obvod mostu jako obvod děliče napětí, jak je znázorněno na obrázku níže. Zvažte R1= 20 ohm, R2= 40 ohm pro jedno rameno a pro druhé zvažte stejné hodnoty R3 a R4.

Aktuální průtok v první ruka je

I1 = V/ (R1+R2)

I1 = 12V/ (20+40)

I1 = 0,2 A

A napětí v bodě “ C “ se rovná úbytku napětí na rezistoru R2,

VR2 = I1 × R2= 0.2 × 40 = 8V

Podobně napětí na R1 je 4V (0.2 × 20). Díky stejným hodnotám odporu budou napětí na R4 a R3 stejná jako napětí R1 a R2. Proto v bodech a A B jsou napětí stejná, proto galvanometr ukazuje nulovou hodnotu, protože potenciální rozdíl je nulový. V tomto případě se říká, že most je ve vyváženém stavu.

Předpokládejme, že pokud obrátíme odpory ve druhém rameni, proudový tok je stejný kvůli sériovému obvodu. Ale napětí přes odpor R4 se mění, tj. Takže v tomto stavu napětí mezi body a a B jsou různé a existuje potenciální rozdíl 8 – 4 = 4V. Je to nevyvážený stav mostu.

Příklad Wheatstone Most

Z výše uvedeného, Wheatstone most je nevyvážený, když voltmetr čtení není nula. Toto čtení může být kladné nebo záporné, závisí na velikosti napětí na svorkách měřiče. Podívejme se na níže obvodu Wheatstonova můstku, který je připojen k nalezení neznámé hodnoty odporu s použitím rezistoru desetiletí pole dostat variabilní odpor R3.

víme, že podmínkou pro most bilance je

R4 = R3 × R2 / R1

Rx = RBOX × (10 × 103)/ (10 x 103)

Rx = RBOX

Tady v tomto případě, je Wheatstoneův můstek je vyvážený úpravou desetiletí odpor krabici, dokud voltmetr čte nulovou hodnotu. A odpovídající hodnota odporu v krabici se rovná neznámému odporu. Předpokládejme, že pokud nastane stav nulového napětí při 250 ohmech odporové dekády, pak Neznámý odpor je také 250 ohmů.

Wheatstoneův můstek pro měření napětí

nejčastěji se pro měření napětí používají tenzometry, jejichž elektrický odpor se mění s přiměřeným napětím v zařízení. V praxi je rozsah odporu tenzometru od 30 ohmů do 3000 ohmů. Pro daný kmen může být změna odporu pouze zlomkem plného rozsahu. Proto pro měření extrémně zlomku změn odporu s vysokou přesností se používá konfigurace Wheatstone bridge. Níže uvedený obrázek ukazuje most Wheatstone, kde je Neznámý odpor nahrazen tenzometrem.

Ve výše uvedeném obvodu, dva rezistory R1 a R2 jsou navzájem rovné a R3 je proměnný odpor. Bez síly působící na tenzometr, reostat se mění a nakonec je umístěn tak, že voltmetr bude indikovat nulovou výchylku. Tomu se říká stav vyvažování mostu. Tato podmínka znamená, že na měřidle není žádné napětí.

Pokud je tenzometr napnutý nebo stlačený, může se odpor zvýšit nebo snížit. Proto to způsobuje nevyváženost mostu. To vytváří indikaci napětí na voltmetru odpovídá změně napětí. Pokud je napětí aplikované na tenzometru větší, pak je rozdíl napětí na svorkách měřiče větší. Pokud je kmen nulový, pak můstkové váhy a měřič vykazují nulovou hodnotu.

Jedná se o měření odporu pomocí Wheatstonova mostu pro přesné měření. Díky frakčnímu měření odporu se pšeničné můstky většinou používají při měření tenzometru a teploměru.

aplikace

1. Wheatstonův most se používá pro přesné měření velmi nízkých hodnot odporu.
2. Wheatstone bridge spolu s operačním zesilovačem se používá k měření fyzikálních parametrů, jako je teplota,napětí, světlo atd.
3. můžeme také měřit množství kapacity, indukčnosti a impedance pomocí variací na Wheatstonově můstku.