w tym samouczku dowiemy się o Wheatstone Bridge. Zobaczymy zasadę działania mostu Wheatstone ’ a, kilka przykładowych obwodów i kilka ważnych aplikacji.

Wprowadzenie do mostu Wheatstone ’ a

w prawdziwym świecie spotykamy różne sygnały, niektóre z nich są mierzone zmianami rezystancji, a niektóre z nich są indukcyjnością i pojemnością.

Jeśli weźmiemy pod uwagę rezystancję, większość czujników przemysłowych, takich jak temperatura, odkształcenie, Wilgotność, przemieszczenie, poziom cieczy itp. powoduje zmianę wartości rezystancji dla zmiany zmiennej. Dlatego istnieje potrzeba kondycjonowania sygnału dla każdego czujnika rezystancji.

ogólnie pomiar rezystancji jest podzielony na trzy typy, pomiar niskiej rezystancji, pomiar średniej rezystancji i pomiar wysokiej rezystancji. Jeśli pomiar rezystancji wynosi prawdopodobnie od kilku miliomów do mikro omów, jest on uważany za pomiar niskiej rezystancji.

ten pomiar jest rzeczywiście używany do celów badawczych. Jeśli pomiar wynosi od 1 ohm do 100 k jest ogólnie określany jako pomiar średniej rezystancji. Potencjometr, Termistory itp. pomiar należy do tej kategorii.

i bardzo wysoki pomiar rezystancji jest brany pod uwagę od 100 kilo ohm do ponad 100 mega ohm. Do znalezienia średniej wartości rezystancji stosuje się różne metody, ale najczęściej stosuje się Most Wheatstone ’ a.

czym jest Wheatstone Bridge?

najczęstszą i najprostszą siecią mostów do znalezienia oporu jest most Wheatstone ’ a. Mostek ten jest stosowany tam, gdzie należy mierzyć niewielkie zmiany rezystancji, jak w zastosowaniach czujnikowych. Służy to do konwersji zmiany rezystancji na zmianę napięcia przetwornika.

połączenie tego mostu ze wzmacniaczem operacyjnym jest szeroko stosowane w przemyśle do różnych przetworników i czujników. Mostek Wheatstone ’ a składa się z czterech rezystorów, które są połączone w kształcie diamentu ze źródłem zasilania i wskazówkami, jak pokazano na rysunku.

Ten Most służy do bardzo precyzyjnego znalezienia nieznanej rezystancji poprzez porównanie jej ze znaną wartością rezystancji. W tym moście null lub balanced warunek jest używany do znalezienia oporu.

dla tego mostu zbalansowane napięcie w punktach C i D musi być równe. Stąd żaden prąd nie przepływa przez galwanometr. Aby uzyskaÄ ‡ stan Zbalansowany jeden z rezystorăłw musi byÄ ‡ zmienny.

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 jest warunkiem zrównoważenia mostu. I dla znalezienia nieznanej wartości rezystancji

RX = R3 × (R2/R1)

z powyższego równania R4 lub Rx można obliczyć ze znanej wartości rezystancji R3 i stosunku R2 / R1. Dlatego w większości przypadków wartości R2 i R1 są stałe, a wartość R3 jest zmienna, dzięki czemu wartość null zostaje osiągnięta, a most zostaje zrównoważony.

zasada działania

bez galwanometru Obwód mostu wygląda jak obwód dzielnika napięcia, jak pokazano na rysunku poniżej. Rozważ R1= 20 ohm, R2 = 40 ohm dla jednego ramienia, a dla drugiego weź pod uwagę te same wartości R3 i R4 odpowiednio.

przepływ prądu w pierwszym ramieniu wynosi

I1 = V/ (R1+R2)

I1 = 12V/ (20+40)

I1 = 0.2 A

I napięcie w punkcie C jest równe spadkowi napięcia przy rezystorze R2,

VR2 = I1 × R2= 0.2 × 40 = 8V

podobnie napięcie w r1 wynosi 4V (0,2 × 20). Ze względu na te same wartości rezystancji, napięcia w R4 i R3 będą takie same jak napięcia R1 i R2 odpowiednio. Stąd w punktach a i B napięcia są takie same, dlatego galwanometr pokazuje odczyt zerowy, ponieważ różnica potencjałów jest zerowa. W tym przypadku mówi się, że most jest w stanie zrównoważonym.

Załóżmy, że jeśli odwrócimy Rezystory w drugim ramieniu, przepływ prądu jest taki sam ze względu na obwód szeregowy. Ale napięcie na rezystorze R4 zmienia się, tj. 0,2 * 20 = 4V. Więc w tym stanie napięcie w punktach A i B jest różne i istnieje różnica potencjałów 8-4 = 4V. to jest niezrównoważony stan mostu.

przykład mostu Wheatstone’ a

z góry most Wheatstone ’ a jest niezrównoważony, gdy odczyt woltomierza nie jest równy zero. Odczyt ten może być dodatni lub ujemny w zależności od wielkości napięć na zaciskach licznika. Rozważmy poniższy Obwód mostu Wheatstone ’ a, który jest podłączony do znalezienia nieznanej wartości rezystancji za pomocą rezystora decade box, aby uzyskać zmienną rezystancję R3.

wiemy, że warunkiem równowagi mostu jest

R4 = R3 × R2 / R1

Rx = RBOX × (10 x 103)/ (10 x 103)

RX = RBOX

tutaj w tym przypadku mostek Wheatstone ’ a jest zbalansowany przez dostosowanie pola rezystancji dekady, aż woltomierz odczyta wartość zerową. A odpowiednia wartość rezystancji w pudełku jest równa nieznanej rezystancji. Załóżmy, że jeśli stan zerowy napięcia występuje przy 250 omach pola rezystancji, to nieznana rezystancja również wynosi 250 omów.

mostek Wheatstone ’ a do pomiaru odkształceń

najczęściej do pomiaru odkształceń stosuje się mierniki odkształceń, których Rezystancja elektryczna zmienia się wraz z proporcjonalnym odkształceniem w urządzeniu. W praktyce Zakres rezystancji tensometrycznej wynosi od 30 omów do 3000 omów. Dla danego odkształcenia zmiana rezystancji może być tylko ułamkiem pełnego zakresu. W związku z tym, aby zmierzyć bardzo ułamek zmian rezystancji z dużą dokładnością, używana jest konfiguracja mostu Wheatstone ’ a. Poniższy rysunek przedstawia mostek Wheatstone ’ a, w którym nieznany Rezystor zastępuje się tensometrem.

w powyższym obwodzie dwa rezystory R1 i R2 są sobie równe, a R3 jest rezystorem zmiennym. Bez przyłożenia siły do tensometru, reostat jest zmieniany i ostatecznie umieszczony w taki sposób, że woltomierz wskaże zerowe ugięcie. To się nazywa warunek równoważenia mostu. Warunek ten oznacza, że nie ma obciążenia miernika.

Jeśli tensometr jest naprężony lub ściśnięty, opór może wzrosnąć lub zmniejszyć. Dlatego powoduje to niezrównoważenie mostu. Powoduje to wskazanie napięcia na woltomierzu odpowiada zmianie napięcia. Jeśli odkształcenie przyłożone do tensometru jest większe, różnica napięcia na zaciskach licznika jest większa. Jeśli odkształcenie wynosi zero, wtedy mostek balansuje i miernik pokazuje odczyt zera.

chodzi o pomiar rezystancji za pomocą mostu Wheatstone ’ a do precyzyjnego pomiaru. Ze względu na frakcyjny pomiar rezystancji mosty Wheatstone są najczęściej stosowane w pomiarach tensometrycznych i termometrowych.

zastosowania

1. mostek Wheatstone służy do precyzyjnego pomiaru bardzo niskich wartości rezystancji.
2. mostek Wheatstone ’ a wraz ze wzmacniaczem operacyjnym służy do pomiaru parametrów fizycznych, takich jak temperatura, odkształcenie, światło itp.
3. możemy również zmierzyć wielkości pojemności, indukcyjności i impedancji za pomocą wariacji na mostku Wheatstone ’ a.