În acest tutorial, vom afla despre Wheatstone Bridge. Vom vedea principiul de lucru al podului Wheatstone, câteva circuite de exemplu și câteva aplicații importante.

Introducere în podul Wheatstone

în lumea reală întâlnim diverse semnale, unele dintre ele sunt măsurate prin modificări ale rezistenței, iar unele dintre ele sunt cu inductanță și capacitate.

dacă luăm în considerare rezistența, majoritatea senzorilor industriali precum temperatura, tulpina, umiditatea, deplasarea, nivelul lichidului etc. produce modificarea valorii rezistenței pentru o schimbare variabilă. Prin urmare, este nevoie de o condiționare a semnalului pentru fiecare senzor de rezistență.

în general, măsurarea rezistenței este împărțită în trei tipuri, măsurarea rezistenței scăzute, măsurarea rezistenței medii și măsurarea rezistenței ridicate. Dacă măsurarea rezistenței este posibil de la câțiva milliohmi la micro ohmi, atunci este considerată o măsurare a rezistenței scăzute.

această măsurătoare este de fapt utilizată în scop de cercetare. Dacă măsurarea este de la 1 ohm la 100 k este denumită în general o măsurare a rezistenței medii. Potențiometru, termistori etc. măsurarea se încadrează în această categorie.

și măsurarea rezistenței foarte ridicate este considerată de la 100 kilo ohm la mai mult de 100 mega ohmi. Pentru găsirea valorii medii a rezistenței se folosesc diferite metode, dar se folosește mai ales Podul Wheatstone.

ce este Podul Wheatstone?

cea mai comună și mai simplă rețea de poduri pentru a găsi rezistența este Podul DC Wheatstone. Această punte este utilizată acolo unde se măsoară mici modificări ale rezistenței ca în aplicațiile senzorilor. Aceasta este utilizată pentru a converti o schimbare de rezistență la o schimbare de tensiune a unui traductor.

combinația acestei punți cu amplificatorul operațional este utilizată pe scară largă în industrii pentru diverse traductoare și senzori. Un pod Wheatstone este format din patru rezistențe care sunt conectate în formă de diamant cu sursa de alimentare și indicând instrumentele așa cum se arată în figura.

Acest pod este folosit pentru a găsi rezistența necunoscută foarte precis, comparând-o cu o valoare cunoscută a rezistențelor. În acest pod stare nulă sau echilibrată este utilizată pentru a găsi rezistența.

pentru această stare de echilibru a punții tensiunea la punctele C și D trebuie să fie egală. Prin urmare, nu curge curent prin galvanometru. Pentru a obține starea echilibrată, una dintre rezistențe trebuie să fie variabilă.

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 este condiția de a echilibra Podul. Și pentru a găsi valoarea necunoscută a rezistenței

RX = R3 (R2/R1)

din ecuația de mai sus R4 sau Rx poate fi calculat din valoarea cunoscută a rezistenței R3 și raportul dintre R2 / R1. Prin urmare, majoritatea cazurilor valorile R2 și R1 sunt fixe, iar valoarea R3 este variabilă, astfel încât valoarea nulă este atinsă și podul devine echilibrat.

principiul de funcționare

fără galvanometru, circuitul podului arată doar ca un circuit divizor de tensiune așa cum se arată în figura de mai jos. Luați în considerare R1= 20 ohm, R2= 40 ohm pentru un braț și pentru celălalt luați în considerare aceleași valori ale R3 și respectiv R4.

fluxul de curent în primul braț este

I1 = V/(R1+R2)

I1 = 12V/(20+40)

I1 = 0,2 A

și tensiunea la punctul C este egală cu căderea de tensiune la rezistorul R2,

VR2 = i1 R2= 0,2 40 = 8v

în mod similar, tensiunea pe R1 este de 4V (0,2 inkt 20). Datorită acelorași valori de rezistență, tensiunile la R4 și R3 vor fi aceleași cu cele ale R1 și respectiv R2. Prin urmare, la punctele A și B tensiunile sunt aceleași, prin urmare galvanometrul arată citirea zero, deoarece diferența de potențial este zero. În acest caz, se spune că podul este în stare echilibrată.

să presupunem că dacă inversăm rezistențele din al doilea braț, fluxul de curent este același datorită circuitului de serie. Dar tensiunea pe rezistorul R4 se schimbă, adică 0,2 * 20 = 4V. Deci, la această stare de tensiune în punctele A și B sunt diferite și există o diferență de potențial de 8 – 4 = 4V. aceasta este starea dezechilibrată a podului.

exemplu de pod Wheatstone

de sus, Podul Wheatstone este dezechilibrat atunci când citirea voltmetrului nu este zero. Această citire poate fi pozitivă sau negativă depinde de magnitudinile tensiunilor la bornele contorului. Să luăm în considerare circuitul de mai jos al podului Wheatstone, care este conectat pentru a găsi valoarea rezistenței necunoscute cu utilizarea cutiei de rezistor decade pentru a obține rezistența variabilă a R3.

știm că condiția pentru echilibrarea podului este

R4 = R3 R2 / R1 R2/R1

RX = rbox 103)/(10 x 103)

RX = Rbox

aici, în acest caz, puntea Wheatstone este echilibrată prin ajustarea cutiei de rezistență decade până când voltmetrul citește valoarea zero. Iar valoarea rezistenței corespunzătoare din cutie este egală cu rezistența necunoscută. Să presupunem că dacă starea nulă de tensiune apare la 250 ohmi din caseta Decadei de rezistență, atunci rezistența necunoscută este de asemenea de 250 ohmi.

punte Wheatstone pentru măsurarea tensiunii

cel mai frecvent pentru măsurarea tensiunii, se folosesc gag-uri de tensiune a căror rezistență electrică variază în funcție de tensiunea proporțională din dispozitiv. În practică, gama de rezistență a gabaritului este de la 30 ohmi la 3000 ohmi. Pentru o anumită tulpină, schimbarea rezistenței poate fi doar o fracțiune din gama completă. Prin urmare, pentru a măsura extrem de mult o fracțiune din modificările de rezistență cu o precizie ridicată, se utilizează configurația punții Wheatstone. Figura de mai jos prezintă Podul Wheatstone unde rezistența necunoscută este înlocuită cu un manometru.

în circuitul de mai sus, două rezistențe R1 și R2 sunt egale între ele și R3 este rezistența variabilă. Cu nici o forță aplicată manometrului, reostat este variat și în cele din urmă poziționat în așa fel încât voltmetru va indica Zero deformare. Aceasta se numește o condiție de echilibrare a podului. Această condiție reprezintă faptul că nu există nicio presiune asupra gabaritului.

dacă tensiometrul este tensionat sau comprimat, atunci rezistența poate crește sau scădea. Prin urmare, acest lucru provoacă dezechilibrul podului. Aceasta produce o indicație de tensiune pe voltmetru corespunde schimbării tensiunii. Dacă tensiunea aplicată pe un manometru este mai mare, atunci diferența de tensiune între bornele contorului este mai mare. Dacă tulpina este zero, atunci soldurile podului și contorul arată citirea zero.

este vorba despre măsurarea rezistenței folosind o punte Wheatstone pentru măsurarea precisă. Datorită măsurării fracționare a rezistenței, punțile de piatră de grâu sunt utilizate în cea mai mare parte în măsurarea tensiunii și a termometrului.

Aplicații

1. puntea Wheatstone este utilizată pentru măsurarea precisă a valorilor de rezistență foarte scăzute.
2. Wheatstone bridge împreună cu amplificator operațional este utilizat pentru a măsura parametrii fizici cum ar fi temperatura, tulpina, lumina, etc.
3. de asemenea, putem măsura cantitățile capacitate, inductanță și impedanță folosind variațiile de pe Podul Wheatstone.