ebben a bemutatóban megismerjük Wheatstone Bridge. Látni fogjuk a Wheatstone híd működési elvét, néhány példa áramkört és néhány fontos alkalmazást.

Bevezetés a Wheatstone-Híd

a való világ találkozhatunk különböző jelek, némelyik által mért változások ellenállást, néhány közülük a induktivitás, illetve kapacitás.

ha figyelembe vesszük az ellenállást, az ipari érzékelők többsége, például hőmérséklet, törzs, Páratartalom, elmozdulás, folyadékszint stb. az ellenállás értékének változását állítja elő egy változó változáshoz. Ezért minden ellenállásérzékelőhöz szükség van egy jelkondicionálásra.

általában az ellenállás mérése három típusra oszlik, az alacsony ellenállás mérése, a közepes ellenállás mérése és a nagy ellenállás mérése. Ha az ellenállás mérése valószínűleg néhány milliohm-től a mikro ohmig terjed, akkor azt alacsony ellenállásmérésnek tekintik.

ezt a mérést ténylegesen kutatási célra használják. Ha a mérés 1 ohmtól 100 k-ig terjed, akkor általában közepes ellenállású mérésnek nevezik. Potenciométer, termisztorok stb. a mérés ebbe a kategóriába tartozik.

és a nagyon nagy ellenállásmérést 100 kilós ohmtól 100 mega ohmnál nagyobbig kell figyelembe venni. Az ellenállás középértékének megállapításához különböző módszereket alkalmaznak, de többnyire Wheatstone hidat használnak.

mi az a Wheatstone híd?

az ellenállás megtalálásához a leggyakoribb és legegyszerűbb hídhálózat a DC Wheatstone híd. Ezt a hidat használják, ahol az ellenállás kisebb változásait kell mérni, mint az érzékelő alkalmazásokban. Ezt arra használják, hogy az ellenállás változását átalakítsák egy jelátalakító feszültségváltozására.

ennek a hídnak a működési erősítővel való kombinációját széles körben használják az iparágakban különböző jelátalakítók és érzékelők számára. A Wheatstone híd négy ellenállásból áll, amelyek gyémánt alakban vannak összekötve a tápforrással, és az ábrán látható módon jelzik a műszereket.

Ez a híd az ismeretlen ellenállás nagyon pontos megtalálására szolgál, összehasonlítva az ellenállások ismert értékével. Ebben a híd null vagy kiegyensúlyozott állapotban használják, hogy megtalálják az ellenállást.

ehhez a hídhoz a C és D pontban mért kiegyensúlyozott állapotfeszültségnek egyenlőnek kell lennie. Ezért nincs áram a galvanométeren keresztül. A kiegyensúlyozott állapot eléréséhez az egyik ellenállásnak változónak kell lennie.

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 a híd egyensúlyának feltétele. Az ellenállás ismeretlen értékének megállapításához

RX = R3 × (R2 / R1)

a fenti R4 vagy Rx egyenletből kiszámítható az R3 ellenállás ismert értéke és az R2/R1 Arány. Ezért az esetek többségében R2 és R1 értékek vannak rögzítve, az R3 érték pedig változó, így null érték érhető el, és a híd egyensúlyba kerül.

működési elv

galvanométer nélkül a hídkör csak úgy néz ki, mint egy feszültségelosztó áramkör, az alábbi ábrán látható módon. Fontolja meg az R1= 20 ohm, R2= 40 ohm értéket az egyik kar esetében, a másik pedig az R3, illetve az R4 értékeit.

Jelenlegi áramlását első kar

I1 = V/ (R1+R2)

I1 = 12V/ (20+40)

I1 = 0.2 Egy

, Majd a feszültség C pont egyenlő a feszültségesés az R2 ellenálláson,

VR2 = I1 × R2= 0.2 × 40 = 8V

Hasonlóan a feszültség át R1 4V (0.2 × 20). Ugyanazon ellenállási értékek miatt az R4 és R3 feszültségek megegyeznek az R1, illetve az R2 feszültségeivel. Ezért az A és B pontokban a feszültségek azonosak, ezért a galvanométer nulla leolvasást mutat, mivel a potenciális különbség nulla. Ebben az esetben a híd állítólag kiegyensúlyozott állapotban van.

tegyük fel, hogy ha megfordítjuk a második kar ellenállásait, akkor az áramáram ugyanaz a sorozat áramkör miatt. De az R4 ellenállás feszültsége megváltozik, azaz 0,2 * 20 = 4V. Tehát ebben az állapotban a feszültség az A és B pontokon eltérő, 8 – 4 = 4V potenciális különbség létezik. ez a híd kiegyensúlyozatlan állapota.

példa Wheatstone híd

felülről a Wheatstone híd kiegyensúlyozatlan, ha a voltmérő leolvasása nem nulla. Ez az olvasás pozitív vagy negatív lehet a mérő kapcsokon lévő feszültségek nagyságától függően. Tekintsük az alábbi áramkör Wheatstone híd, amely csatlakozik, hogy megtalálja az ismeretlen ellenállás értéke használatával ellenállás évtized doboz, hogy a változó ellenállás R3.

tudjuk, hogy a hídegyenleg feltétele

R4 = R3 × R2 / R1

RX = RBOX × (10 x 103)/ (10 x 103)

RX = RBOX

ebben az esetben a Wheatstone híd egyensúlyban van az évtizedes ellenállás doboz beállításával, amíg a voltmérő nulla értéket nem olvas. A megfelelő ellenállás értéke a dobozban megegyezik az ismeretlen ellenállással. Tegyük fel, hogy ha a feszültség nulla állapota az ellenállás évtized dobozának 250 ohmjában fordul elő, akkor az ismeretlen ellenállás szintén 250 Ohm.

Wheatstone Bridge for Strain Measurement

leggyakrabban a törzs mérésére olyan gágokat használnak, amelyek elektromos ellenállása a készülék arányos törzsével változik. A gyakorlatban a törzsmérési ellenállás tartománya 30 ohmtól 3000 ohmig terjed. Egy adott törzs esetében az ellenállás változása csak a teljes tartomány töredéke lehet. Ezért az ellenállás rendkívül töredékének nagy pontossággal történő mérésére Wheatstone bridge konfigurációt használnak. Az alábbi ábra a Wheatstone hídot mutatja, ahol az ismeretlen ellenállást egy törzsmérővel helyettesítik.

a fenti áramkörben két R1 és R2 ellenállás egyenlő egymással, az R3 pedig a változó ellenállás. A feszültségmérőre gyakorolt erő nélkül a reosztát változatos, végül úgy van elhelyezve, hogy a voltmérő nulla eltérést jelezzen. Ezt híd kiegyensúlyozó állapotnak nevezik. Ez a feltétel azt jelenti, hogy nincs feszültség a mérőeszközön.

Ha a törzsmérőt megfeszítik vagy összenyomják, akkor az ellenállás növekedhet vagy csökkenhet. Ezért ez a híd kiegyensúlyozatlanságát okozza. Ez termel feszültség jelzése voltmérő megfelel a törzs változás. Ha a törzsmérőn alkalmazott törzs nagyobb, akkor a mérő terminálok közötti feszültségkülönbség nagyobb. Ha a törzs nulla, akkor a híd egyenlege és a mérő nulla értéket mutat.

Ez az ellenállás méréséről szól egy Wheatstone híd segítségével a pontos méréshez. Az ellenállás frakcionált mérése miatt a Wheatstone hidakat leginkább a törzsmérés és a hőmérő méréseknél használják.

Alkalmazások

1. a Wheatstone híd a nagyon alacsony ellenállási értékek pontos mérésére szolgál.
2. Wheatstone híd együtt működési erősítő mérésére használják a fizikai paraméterek, mint a hőmérséklet, törzs, fény, stb ..
3. a Wheatstone-híd variációival mérhetjük a kapacitást, induktivitást és impedanciát is.