in deze tutorial zullen we meer leren over Wheatstone Bridge. We zullen het werkingsprincipe van Wheatstone Bridge zien, enkele voorbeeldcircuits en enkele belangrijke toepassingen.

Inleiding tot Wheatstone Bridge

in de echte wereld komen we verschillende signalen tegen, waarvan sommige worden gemeten door veranderingen in weerstand en sommige met inductantie en capaciteit.

als we rekening houden met de weerstand, de meeste industriële sensoren zoals temperatuur, spanning, vochtigheid, verplaatsing, vloeistofniveau, enz. produceert de verandering in waarde van de weerstand voor een variabele verandering. Daarom is er behoefte aan een signaalconditionering voor elke weerstandssensor.

over het algemeen is de weerstandsmeting onderverdeeld in drie typen, lage weerstandsmeting, gemiddelde weerstandsmeting en de hoge weerstandsmeting. Als de weerstandsmeting mogelijk van enkele milliohms tot micro Ohm is, dan wordt deze beschouwd als een lage weerstandsmeting.

deze meting wordt in feite gebruikt voor onderzoeksdoeleinden. Als de meting van 1 ohm tot 100 k wordt over het algemeen aangeduid als een gemiddelde weerstandsmeting. Potentiometer, thermistoren, enz. meting valt onder deze categorie.

en zeer hoge weerstandsmetingen worden beschouwd van 100 kilo ohm tot meer dan 100 mega ohm. Voor het vinden van de gemiddelde waarde van de weerstand worden verschillende methoden gebruikt, maar meestal Wheatstone bridge wordt gebruikt.

Wat is Wheatstone Bridge?

het meest voorkomende en eenvoudigste brugnetwerk om de weerstand te vinden is de DC Wheatstone Bridge. Deze brug wordt gebruikt waar kleine veranderingen in weerstand moeten worden gemeten zoals in sensortoepassingen. Dit wordt gebruikt om een weerstandsverandering om te zetten in een spanningsverandering van een transducer.

De combinatie van deze brug met operationele versterker wordt veel gebruikt in industrieën voor verschillende transducers en sensoren. Een Wheatstone-brug bestaat uit vier weerstanden die in de vorm van een diamant zijn verbonden met de voedingsbron en aanwijsinstrumenten zoals afgebeeld in figuur.

deze brug wordt gebruikt om de onbekende weerstand zeer nauwkeurig te vinden door deze te vergelijken met een bekende waarde van weerstanden. In deze brug null Of gebalanceerde toestand wordt gebruikt om de weerstand te vinden.

voor deze brug moet de spanning op de punten C en D gelijk zijn. Daardoor stroomt er geen stroom door de galvanometer. Voor het verkrijgen van de uitgebalanceerde toestand moet één van de weerstanden variabel zijn.

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 is de voorwaarde om de brug in evenwicht te brengen. En voor het vinden van de onbekende waarde van resistentie

RX = R3 × (R2 / R1)

Uit bovenstaande vergelijking kan R4 of Rx worden berekend uit de bekende waarde van resistentie R3 en de verhouding van R2/R1. Daarom zijn de meeste R2-EN R1-waarden vast en is de R3-waarde variabel zodat de nulwaarde wordt bereikt en de brug in evenwicht wordt gebracht.

werkingsprincipe

zonder de galvanometer ziet het brugcircuit er gewoon uit als een spanningsverdelercircuit zoals weergegeven in onderstaande figuur. Beschouw R1 = 20 ohm, R2 = 40 ohm voor de ene arm en voor de andere dezelfde waarden van R3 en R4 respectievelijk.

de stroom in eerste arm is

I1 = V/ (R1+R2)

I1 = 12V/ (20+40)

I1 = 0,2 A

En de spanning op punt C is gelijk aan de spanning op de weerstand R2,

VR2 = I1 × R2= 0,2 x 40 = 8V

Ook de spanning over R1 is 4V (0.2 × 20). Vanwege dezelfde weerstandswaarden zullen spanningen bij R4 en R3 hetzelfde zijn als die van R1 en R2 respectievelijk. Vandaar dat op de punten A en B de spanningen gelijk zijn, daarom toont de galvanometer nul lezing aangezien het potentiaalverschil nul is. In dit geval wordt gezegd dat de brug in evenwicht is.

stel dat als we de weerstanden in de tweede arm omkeren, de stroom gelijk is vanwege het seriecircuit. Maar de spanning over de weerstand R4 verandert, d.w.z. 0,2 * 20 = 4V. Dus bij deze voorwaarde spanning over de punten A en B zijn verschillend en bestaat een potentiaalverschil van 8-4 = 4V. Dit is de onevenwichtige conditie van de brug.

voorbeeld van Wheatstone Bridge

van bovenaf is de Wheatstone bridge onevenwichtig wanneer de voltmeter niet nul is. Deze meting kan positief of negatief zijn, afhankelijk van de groottes van de spanningen aan de meterterminals. Laten we eens kijken naar de onderstaande circuit van Wheatstone bridge die is verbonden om de onbekende weerstandswaarde te vinden met gebruik van weerstand decade box om de variabele weerstand van R3 te krijgen.

we weten dat de voorwaarde voor brugbalans

R4 = R3 × R2 / R1

Rx = RBOX × (10 x 103)/ (10 x 103)

Rx = RBOX

in dit geval wordt de Wheatstone Bridge gebalanceerd door het decade resistance box aan te passen totdat de voltmeter nulwaarde aangeeft. En de overeenkomstige weerstandswaarde in de doos is gelijk aan de onbekende weerstand. Stel dat als de spanning nul toestand optreedt bij 250 Ohm van de weerstand decade box, dan is de onbekende weerstand ook 250 ohm.

Wheatstone Bridge for Strain Measurement

meestal worden voor het meten van de spanning rekgassages gebruikt waarvan de elektrische weerstand varieert met de proportionele spanning in het apparaat. In de praktijk is het bereik van de rekweerstand van 30 ohm tot 3000 ohm. Voor een bepaalde stam mag de weerstandsverandering slechts een fractie van het volledige bereik zijn. Daarom wordt de Wheatstone brugconfiguratie gebruikt om uiterst een fractie van de weerstandsveranderingen met een hoge nauwkeurigheid te meten. Onderstaande figuur toont de Wheatstone brug waar de onbekende weerstand wordt vervangen door een rekmeter.

In het bovenstaande circuit zijn twee weerstanden R1 en R2 gelijk aan elkaar en is R3 de variabele weerstand. Zonder kracht op de rekmeter wordt de reostaat gevarieerd en uiteindelijk zo gepositioneerd dat de voltmeter geen doorbuiging aangeeft. Dit wordt een brugbalanceringsvoorwaarde genoemd. Deze voorwaarde betekent dat er geen belasting op de meter.

als de spanningsmeter gespannen of gecomprimeerd is, kan de weerstand toenemen of afnemen. Daarom veroorzaakt dit onbalans van de brug. Dit produceert een spanningsindicatie op voltmeter komt overeen met de spanningsverandering. Als de spanning die op een spanningsmeter wordt toegepast meer is, dan is het spanningsverschil over de meterterminals meer. Als de spanning nul is, dan toont de brugbalansen en meter nul aflezing.

Dit gaat over de weerstandsmeting met behulp van een Wheatstone Brug voor nauwkeurige meting. Door de fractionele meting van de weerstand, worden Wheatstone bruggen meestal gebruikt in strain gauge en thermometer metingen.

toepassingen

1. De Brug van Wheatstone wordt gebruikt voor het nauwkeurig meten van de zeer lage weerstandswaarden.
2. Wheatstone bridge samen met operationele versterker wordt gebruikt om de fysische parameters zoals temperatuur, spanning, licht, enz.te meten.
3. we kunnen ook de hoeveelheden capaciteit, inductantie en impedantie meten met behulp van de variaties op de Wheatstone bridge.