このチュートリアルでは、Wheatstone Bridgeについて学びます。 私達はWheatstone橋、少数の例回路およびある重要な適用の働き原則を見ます。

Wheatstone Bridgeの紹介

現実の世界では、さまざまな信号に遭遇しますが、そのうちのいくつかは抵抗の変化によって測定され、そのうちのいくつかはインダクタンスとキャパシタンスで測定されます。

抵抗を考慮すると、温度、ひずみ、湿度、変位、液体レベルなどの産業用センサーのほとん 可変的な変更のための抵抗の価値の変更を作り出します。 従って、あらゆる抵抗センサーのための信号調整のための必要性がある。

一般的に抵抗測定は、低抵抗測定、中抵抗測定、高抵抗測定の3つのタイプに分けられます。

一般的に抵抗測定は、低抵抗測定、中抵抗測定、高抵抗測定 抵抗測定が数ミリオームからマイクロオームまでの可能性がある場合、それは低抵抗測定とみなされます。

この測定は、実際に研究目的のために使用されます。 測定が1オームから100kまでの場合は、一般に中抵抗測定と呼ばれます。 電位差計、サーミスタ、等。 測定はこの部門の下に来る。

そして非常に抗力が高い測定は100キロオームから100メガオームより大きいに考慮されます。 抵抗の中程度の値を求めるためには、異なる方法が使用されるが、主にホイートストーンブリッジが使用される。

ホイートストーンブリッジとは何ですか？

抵抗を見つけるための最も一般的で最も簡単な橋ネットワークは、DCホイートストン橋です。 この橋は抵抗の小さい変更がセンサーの塗布のように測定されるべきであるところで使用される。 これは、抵抗変化を変換器の電圧変化に変換するために使用されます。

オペアンプとのこの橋の組合せはさまざまなトランスデューサーおよびセンサーのために企業で広く使用されます。 ホイートストンブリッジは、図に示すように、供給源と指示器とダイヤモンドの形で接続された四つの抵抗で構成されています。

このブリッジは、既知の抵抗値と比較することによって、未知の抵抗を非常に正確に見つけるために使用されます。 このブリッジでは、ヌルまたは平衡状態が抵抗を見つけるために使用されます。

このブリッジバランス条件のための点CとDでの電圧が等しくなければなりません。 それ故に、電流は検流計を通って流れない。 平衡状態を得るためには、抵抗の1つが可変でなければなりません。

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 橋のバランスをとるための条件です。 そして、抵抗の未知の値を見つけるために

RX=R3×（R2/R1）

上記の式からR4またはRxは、既知の抵抗R3の値とR2/R1の比 したがって、ほとんどの場合、r2とR1の値は固定されており、r3の値は可変であるため、null値が達成され、ブリッジがバランスされます。

動作原理

ガルバノメーターがなければ、ブリッジ回路は下の図に示すように分圧回路のように見えます。 一方のアームではR1=20オーム、他方のアームではR2=40オームとし、それぞれR3とR4の同じ値を考えてみましょう。ホイートストーンブリッジ平衡状態

最初のアームの現在の流れは

I1=V/（R1+R2）

I1=12V/（20+40）

i1=0.2A

点cの電圧は、抵抗r2の電圧降下に等しい、

vr2=i1×r2=0.2×40=8V

同様に、r1の両端の電圧は4v(0.2×20）。 抵抗値が同じため、R4とR3の電圧はそれぞれR1とR2の電圧と同じになります。 したがって、点AとBの電圧は同じであるため、電位差がゼロであるため、検流計はゼロの読み取り値を示します。 この場合、橋はバランスの取れた状態にあると言われています。

2番目のアームの抵抗を逆にすると、直列回路のために電流の流れが同じになるとします。 しかし、抵抗R4の両端の電圧は変化します、すなわち、0.2*20=4V。 したがって、この条件では、点AとBの両端の電圧は異なり、8–4=4Vの電位差が存在します。

ホイートストーンブリッジの例

上から、ホイートストーンブリッジは、電圧計の読 この読み取り値は、メーター端子の電圧の大きさに依存して正または負になります。 私達をr3の可変的な抵抗を得るために抵抗器の十年箱の使用と未知の抵抗の価値を見つけるために接続されるWheatstone橋の下の回路を考慮しよう。 私たちは、ブリッジバランスのための条件があることを知っています

R4=R3×R2/R1

Rx=RBOX×（10×103）/（10×103)

Rx=rbox

この場合、ホイートストーンブリッジは、電圧計がゼロ値を読み取るまでディケイド抵抗ボックスを調整することによ そして箱の対応する抵抗の価値は未知の抵抗と等しいです。 抵抗ディケイドボックスの250オームで電圧ヌル状態が発生した場合、未知の抵抗も250オームになるとします。

ひずみ測定用ホイートストーンブリッジ

最も一般的にひずみを測定するために、電気抵抗がデバイス内の比例したひずみによって変化する 実際には、ひずみゲージ抵抗の範囲は30オームから3000オームです。 所与のひずみに対して、抵抗変化は、全範囲のほんの一部であってもよい。 従って、高精度の抵抗の変更の一部分を非常に測定するためには、Wheatstone橋構成は使用される。 下の図は、未知の抵抗をひずみゲージに置き換えたホイートストンブリッジを示しています。

上記の回路では、二つの抵抗R1とR2は互いに等しく、R3は可変抵抗です。 ひずみゲージに力が加えられていないと、レオスタットは電圧計がゼロ偏向を示すように変化し、最終的に配置されます。 これはブリッジバランス状態と呼ばれます。 この条件は、ゲージに歪みがないことを表します。

ひずみゲージが緊張または圧縮されている場合、抵抗は増加または減少する可能性があります。 したがって、これは橋の不均衡を引き起こす。 これにより、ひずみ変化に対応する電圧計上の電圧表示が生成される。 ひずみゲージに印加されるひずみがより大きい場合、メーター端子間の電圧差はより多くなります。 ひずみがゼロの場合、ブリッジバランスとメーターはゼロの読み取り値を示します。

これは、正確な測定のためのホイートストーンブリッジを使用した抵抗測定についてです。 抵抗の僅かの測定が原因で、Wheatstone橋はひずみゲージおよび温度計の測定で大抵使用される。

アプリケーション

1. ホイートストーンブリッジは、非常に低い抵抗値を正確に測定するために使用されます。演算増幅器と共にWheatstone橋が温度、緊張、ライト、等のような物理的な変数を測定するのに使用されています。
3. ホイートストンブリッジの変動を使用して、容量、インダクタンス、インピーダンスの量を測定することもできます。