Wheatstone mätbro och dess användning

En av de mest populära bryggkretsar, som fortfarande används idag i mätinstrument och i elektriska laboratorier, är Wheatstone-mätbryggan, uppkallad efter den engelske uppfinnaren Charles Wheatstone, som föreslog detta schema för att mäta motstånd redan 1843.

Wheatstone-mätbryggan är i huvudsak en elektrisk analog till den farmaceutiska strålbalansen, eftersom en liknande metod för kompensationsmätning används här.

Funktionsprincipen för mätbryggan är baserad på utjämningen av potentialerna för mittterminalerna hos två parallellkopplade motståndsgrenar, varje gren har två motstånd. Som en del av en av grenarna ingår ett motstånd vars värde du vill veta, och i den andra - ett motstånd med justerbart motstånd (reostat eller potentiometer).

Genom att jämnt variera det inställbara motståndets resistansvärde erhålls ett nollvärde på skalan för galvanometern som ingår i diagonalen mellan de två nämnda grenarnas mittpunkter.Under förhållanden där galvanometern visar noll kommer potentialerna för mittpunkterna att vara lika och därför kan det önskade motståndet enkelt beräknas.

Det är tydligt att förutom motstånd och galvanometer måste kretsen ha matning till bryggan, i figuren visas den som galvanisk cell E. Strömmen går från positiv till negativ, samtidigt som den delar sig mellan de två grenarna i omvänd proportion till deras motstånd.

Om de övre och nedre motstånden i bryggans arm är lika i par, det vill säga när armarna är exakt likadana, finns det ingen anledning för strömmen att uppträda över diagonalen, eftersom potentialskillnaden mellan anslutningspunkterna på galvanometern är noll. I det här fallet sägs bron vara balanserad eller balanserad.

Om de övre motstånden är desamma och de nedre motstånden inte, kommer strömmen att flyta diagonalt, från armen med högre motstånd till armen med lägre motstånd, och galvanometerns nål kommer att avböjas i lämplig riktning.

Så om potentialerna för de punkter som galvanometern är ansluten till är lika, kommer förhållandet mellan värdena för de övre och nedre motstånden i armarna att vara lika med varandra. Genom att likställa dessa relationer får vi alltså en ekvation med en okänd. Resistanserna R1, R2 och R3 bör mätas med hög noggrannhet initialt, sedan blir noggrannheten för att hitta motståndet Rx (R4) hög.

Wheatstone-brokretsen används ofta för att mäta temperatur när en av brogrenarna slås på motståndstermometer som ett okänt motstånd.I alla fall, ju större skillnaden är i motstånd i grenarna, desto större blir strömmen genom diagonalen, och när resistansen ändras ändras också diagonalströmmen.

Denna egenskap hos Wheatstone-bron är så uppskattad av dem som löser kontroll- och mätproblem och utvecklar kontroll- och automatiseringssystem. Den minsta förändringen i motståndet i en av grenarna orsakar en förändring av strömmen genom bron, och denna förändring registreras. Istället för en galvanometer kan en amperemeter eller voltmeter ingå i bryggans diagonal, beroende på den speciella kretsen och syftet med studien.

I allmänhet, med hjälp av Wheatstone-bryggan, kan du mäta olika kvantiteter: elastisk deformation, belysning, luftfuktighet, värmekapacitet, etc. Det räcker bara att inkludera motsvarande sensor i kretsen istället för det uppmätta motståndet, vars känsliga element kommer att att kunna ändra resistansen överensstämmer med förändringen i uppmätt värde, även om det inte är elektriskt. Vanligtvis kopplas i sådana fall en Wheatstone-bro genom ADC, och vidare bearbetning av signalen, visning av information på displayen, åtgärder baserade på mottagna data - allt detta förblir en fråga om teknik.