„Sercem nauki jest pomiar”, a do pomiaru wykorzystuje się obwody mostkowe do znajdowania wszelkiego rodzaju parametrów elektrycznych i elektronicznych. Przestudiowaliśmy kilka mostów w pomiarach i oprzyrządowaniu elektrycznym i elektronicznym. Poniższa tabela przedstawia różne mosty i ich zastosowania:
| S.No. | Nazwa mostu | Parametr do ustalenia |
| 1. | Wheatstone | zmierzyć nieznany opór |
| 2. | Anderson | zmierzyć indukcyjność własną cewki |
| 3. | De-sauty | pomiar bardzo małej wartości pojemności |
| 4. | Maxwell | zmierzyć nieznaną indukcyjność |
| 5. | kelwin | służy do pomiaru nieznanych rezystorów elektrycznych poniżej 1 oma. |
| 6. | My w | pomiar pojemności pod względem rezystancji i częstotliwości |
| 7. | Siano | pomiar nieznanego induktora o dużej wartości |
Tutaj będziemy rozmawiać o mostku Wheatstone'a używanym do pomiaru nieznanej rezystancji. Multimetr cyfrowy w dzisiejszych czasach pomaga w prostym pomiarze rezystancji. Ale przewagą mostka Wheatstone'a nad tym jest zapewnienie pomiaru bardzo niskich wartości rezystancji w zakresie miliomów.
Most Wheatstone'a
Samuel Hunter Christie wynalazł most Wheatstone'a w 1833 roku, a ten most został ulepszony i spopularyzowany przez Sir Charlesa Wheatstone'a w 1843 roku. Most Wheatstone'a jest połączeniem czterech oporów tworzących most. Cztery opory w obwodzie są nazywane ramionami mostka. Mostek służy do wyszukiwania wartości nieznanej rezystancji połączonej z dwoma znanymi rezystorami, jednym rezystorem zmiennym i galwanometrem. Aby znaleźć wartość nieznanej rezystancji, należy ustawić odchylenie na galwanometrze do zera przez regulację rezystora zmiennego. Ten punkt jest znany jako punkt równowagi mostu Wheatstone'a.
Pochodzenie
Jak widać na rysunku, R1 i R2 to znane rezystory. R3 jest rezystorem zmiennym, a Rx jest rezystancją nieznaną. Mostek jest połączony ze źródłem prądu stałego (baterią).
Teraz, jeśli mostek jest w stanie zrównoważonym, to przez galwanometr nie powinien przepływać prąd i przez R1 i R2 popłynie ten sam prąd I1. To samo dotyczy R3 i Rx, co oznacza, że przepływ prądu (I2) do R3 i Rx pozostanie taki sam. Poniżej znajdują się obliczenia mające na celu znalezienie nieznanej wartości rezystancji, gdy mostek jest w stanie zrównoważonym (brak przepływu prądu między punktem C i D).
V = IR (według prawa Ohma) VR1 = I1 * R1… równanie (1) VR2 = I1 * R2… równanie (2) VR3 = I2 * R3… równanie (3) VRx = I2 * Rx… równanie (4)
Spadek napięcia na R1 i R3 jest taki sam, a spadek napięcia na R2 i R4 jest również taki sam w stanie symetrycznego mostka.
I1 * R1 = I2 * R3… równanie (5) I1 * R2 = I2 * Rx… równanie (6)
Dzielenie równania (5) i równania (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Więc stąd otrzymujemy wartość Rx, która jest naszą nieznaną rezystancją i stąd właśnie w ten sposób mostek Wheatstone'a pomaga w pomiarze nieznanej rezystancji.
Operacja
Praktycznie zmienna rezystancja jest regulowana, aż wartość prądu płynącego przez galwanometr osiągnie zero. W tym momencie most nazywa się zrównoważonym mostem Wheatstone'a. Uzyskanie prądu zerowego przez galwanometr zapewnia dużą dokładność, ponieważ niewielka zmiana zmiennej rezystancji może zakłócić stan równowagi.
Jak pokazano na rysunku, na mostku R1, R2, R3 i Rx występują cztery opory. Gdzie R1 i R2 to nieznany rezystor, R3 to zmienna rezystancja, a Rx to nieznana rezystancja. Jeżeli stosunek znanych rezystorów jest równy stosunkowi nastawionej zmiennej rezystancji i nieznanej rezystancji, w tym stanie przez galwanometr nie przepłynie żaden prąd.
W zrównoważonym stanie,
R1 / R2 = R3 / Rx
W tym momencie mamy wartości R1 , R2 i R3, więc łatwo jest znaleźć wartość Rx z powyższego wzoru.
Z powyższego warunku, Rx = R2 * R3 / R1
W związku z tym wartość nieznanej rezystancji jest obliczana za pomocą tego wzoru, biorąc pod uwagę, że prąd płynący przez galwanometr wynosi zero.
Musimy więc wyregulować potencjometr do punktu, w którym napięcie na C i D będzie równe, w tym stanie prąd płynący przez punkty C i D będzie równy zero, a odczyt galwanometru będzie zerowy, w tym konkretnym położeniu zostanie wywołany Wheatstone Bridge Zrównoważony stan. Ta cała operacja jest wyjaśniona w wideo podanym poniżej:
Przykład
Weźmy przykład dla zrozumienia koncepcji mostu Wheatstone'a, ponieważ bierzemy niezrównoważony most, aby obliczyć odpowiednią wartość Rx (nieznany opór), aby zrównoważyć most. Jak wiemy, jeśli różnica spadku napięcia na punktach C i D wynosi zero, to mostek jest w stanie równowagi.
Zgodnie ze schematem obwodu, Dla pierwszego ramienia ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Umieszczając wartości w powyższym wzorze, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 woltów
Dla drugiego ramienia ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 wolty
Zatem różnica napięcia między punktem C i D wynosi:
Vout = Vc - Vd = 8-3 = 5 woltów
Jeśli różnica spadku napięcia na C i D jest dodatnia lub ujemna (dodatnia lub ujemna wskazuje kierunek asymetrii), to pokazuje, że mostek jest niezrównoważony i aby go wyrównać, potrzebujemy innej wartości rezystancji w miejsce R4.
Wartość rezystora R4 wymagana do zbilansowania obwodu wynosi:
R4 = (R2 * R3) / R1 (stan mostka balansującego) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 omów
Stąd wartość R4 wymagana do zbalansowania mostka wynosi 720 Ω, ponieważ jeśli mostek jest zrównoważony, różnica spadku napięcia na C i D wynosi zero, a jeśli można zastosować rezystor 720 Ω, różnica napięć będzie wynosić zero.
Aplikacje
- Stosowany głównie do pomiaru bardzo niskich wartości nieznanej rezystancji o zakresie miliomów.
- Używając warystora z mostkiem Wheatstone'a możemy również określić wartość niektórych parametrów, takich jak pojemność, indukcyjność i impedancja.
- Dzięki zastosowaniu mostka Wheatstone'a ze wzmacniaczem operacyjnym pomaga w pomiarach różnych parametrów, takich jak temperatura, odkształcenie, światło itp.