Zastosowanie mostka Wheatstone'a do pomiaru wielkości nieelektrycznych

Most Wheatstone'a to obwód elektryczny przeznaczony do pomiaru wielkości rezystancji elektrycznej. Schemat ten po raz pierwszy zaproponował brytyjski fizyk Samuel Christie w 1833 r., Aw 1843 r. Został ulepszony przez wynalazcę Charlesa Wheatstone'a. Zasada działania tego schematu jest podobna do działania mechanicznych skal aptecznych, ale nie są tu wyrównywane siły, ale potencjały elektryczne.

Obwód mostka Wheatstone'a zawiera dwie gałęzie, których potencjały na środkowych zaciskach (D i B) są wyrównane podczas procesu pomiaru. Jedna z gałęzi mostu zawiera rezystor Rx, którego wartość rezystancji należy określić.

Przeciwna gałąź zawiera reostat R2 - regulowany opór. Pomiędzy środkowymi wnioskami gałęzi włączony jest wskaźnik G, którym może być galwanometr, woltomierz, wskaźnik zerowy lub amperomierz.

Podczas procesu pomiaru rezystancja reostatu jest stopniowo zmieniana, aż wskaźnik pokaże zero. Oznacza to, że potencjały punktów środkowych mostu, między którymi jest on połączony, są sobie równe, a różnica potencjałów między nimi wynosi zero.

Gdy strzałka wskaźnika (galwanometru) jest odchylona w jedną lub drugą stronę od zera, oznacza to, że przepływa przez nią prąd, a zatem mostek nie jest jeszcze w równowadze. Jeśli wskaźnik wynosi dokładnie zero, mostek jest zrównoważony.

Oczywiście, jeżeli stosunek rezystancji górnej i dolnej w lewym ramieniu mostu jest równy stosunkowi rezystancji prawego ramienia mostu, równowaga (lub równowaga) mostu występuje po prostu z powodu zerowej różnicy potencjałów między zaciskami galwanometru.

A jeśli wartości trzech rezystancji mostkowych (w tym bieżącej rezystancji reostatu) zostaną najpierw zmierzone z dostatecznie małym błędem, wówczas pożądana rezystancja Rx zostanie znaleziona z wystarczająco wysoką dokładnością. Uważa się, że rezystancję galwanometru można zaniedbać.

Most Wheatstone jest zasadniczo uniwersalny i ma zastosowanie nie tylko do pomiaru rezystancji rezystorów, ale także aby znaleźć różnorodne parametry nieelektryczne, wystarczy, że sam nieelektryczny czujnik wielkości jest rezystancyjny.

Następnie można zmierzyć rezystancję elementu czujnikowego, zmieniającą się pod wpływem nieelektrycznego efektu, za pomocą obwodu mostka Wheatstone'a, a zatem odpowiednią wielkość nieelektryczną można znaleźć z małym błędem.

Można zatem znaleźć wartość tej wartości: odkształcenie mechaniczne (tensometry), temperaturę, oświetlenie, przewodność cieplną, pojemność cieplną, wilgotność, a nawet skład substancji.

Mierniki oparte na mostku pszenicy zwykle pobierają odczyty z mostupoprzez przetwornik analogowo-cyfrowypodłączony do cyfrowego urządzenia komputerowego, takiego jak mikrokontroler z wbudowanym programem, który wykonuje linearyzację (zastępując dane nieliniowe przybliżonymi liniowymi), skalując i przekształcając otrzymane dane na wartość liczbową zmierzonej wielkości nieelektrycznej w odpowiednich jednostkach, a także korekcję błędów i wyjście w czytelnym cyfrowym forma

Na przykład wagi podłogowe z grubsza działają na tej zasadzie. Ponadto analizę harmonicznych można przeprowadzić od razu przy użyciu metod programowych itp.

Tak zwane tensometry (rezystancyjne czujniki naprężeń mechanicznych) są stosowane w wagach elektronicznych, w dynamometrach, manometrach, torsjometrach i tensometrach.

Tensometr jest po prostu przyklejony do części odkształcalnej, jest zawarty w ramieniu mostu, podczas gdy napięcie na przekątnej mostu będzie proporcjonalne do naprężenia mechanicznego, na które reaguje czujnik - zmienia się jego rezystancja.

Przy braku równowagi mostu zmierz wielkość tej nierównowagi, a tym samym znajdź na przykład masę ciała. Nawiasem mówiąc, czujnik może być również piezoelektryczny, jeśli mierzy się szybkie lub dynamiczne odkształcenie.

Gdy konieczne jest zmierzenie temperatury, stosuje się czujniki rezystancyjne, których rezystancja zmienia się w zależności od temperatury ciała lub badanego medium. Czujnik może nawet nie wejść w kontakt z ciałem, ale odbierać promieniowanie cieplne, jak ma to miejsce w pirometrach bolometrycznych.

Zasada działania pirometru bolometrycznego opiera się na zmianie rezystancji elektrycznej elementu termoczułego w wyniku jego nagrzania pod wpływem zaabsorbowanego przepływu energii elektromagnetycznej. Cienka płyta z platyny, sczerniała dla lepszego pochłaniania promieniowania, szybko się nagrzewa ze względu na swoją małą grubość pod wpływem promieniowania i wzrost jej odporności.

Podobnie działają termometry rezystancyjne o dodatnim współczynniku temperaturowym i termistory o ujemnym współczynniku temperaturowym na bazie półprzewodników.

Gdy temperatura zmienia się pośrednio, można zmierzyć przewodność cieplną, pojemność cieplną, szybkość przepływu cieczy lub gazu, stężenie składników mieszaniny gazowej itp. Pośrednie pomiary tego rodzaju są stosowane w chromatografii gazowej i czujnikach termokatalitycznych.

Fotorezystory zmieniają swoją rezystancję pod wpływem oświetlenia, a do pomiaru przepływu promieniowania jonizującego stosuje się specjalne czujniki rezystancyjne.

Jak korzystać z fotorezystorów, fotodiod i fototranzystorów

Czujniki analogowe: zastosowanie, metody podłączenia do sterownika

Podłączanie czujników analogowych do Arduino, czytanie czujników

Pomiar temperatury i wilgotności w Arduino - wybór sposobów

Jak rozmieszczone i działają urządzenia do pomiaru rezystancji