Použitie Wheatstoneovho mostíka na meranie neelektrických veličín

Wheatstone Bridge je elektrický obvod určený na meranie veľkosti elektrického odporu. Túto schému prvýkrát navrhol britský fyzik Samuel Christie v roku 1833 a v roku 1843 ju vylepšil vynálezca Charles Wheatstone. Princíp fungovania tejto schémy je podobný pôsobeniu stupníc mechanickej lekárne, ale nie sú tu vyrovnávané sily, ale elektrické potenciály.

Wheatstoneov mostný obvod obsahuje dve vetvy, ktorých potenciály stredných terminálov (D a B) sa počas procesu merania vyrovnávajú. Jedna z vetiev mostíka obsahuje odpor Rx, ktorého hodnota odporu musí byť stanovená.

Opačná vetva obsahuje reostat R2 - nastaviteľný odpor. Medzi strednými závermi vetiev svieti indikátor G, ktorým môže byť galvanometer, voltmeter, nulový indikátor alebo ampérmeter.

Počas procesu merania sa odpor reostatu postupne mení, až kým indikátor neukáže nulu. To znamená, že potenciály stredov mosta, medzi ktorými je pripojený, sú si navzájom rovnaké a rozdiel potenciálov medzi nimi je nula.

Ak je šípka ukazovateľa (galvanometer) odchýlená od jednej alebo druhej strany od nuly, znamená to, že ňou preteká prúd, a preto most ešte nie je v rovnováhe. Ak je indikátor presne nula, most je vyvážený.

Je zrejmé, že ak je pomer horných a dolných odporov v ľavom ramene mostíka rovný pomeru odporov pravého ramena mostíka, rovnováha (alebo rovnováha) mostíka nastáva jednoducho kvôli nulovému rozdielu potenciálu medzi svorkami galvanometra.

A ak sa hodnoty troch mostíkových odporov (vrátane prúdového odporu reostatu) najprv zmerajú s dostatočne malou chybou, potom sa požadovaný odpor Rx nájde s dostatočne vysokou presnosťou. Predpokladá sa, že odpor galvanometra môže byť zanedbaný.

Wheatstoneov most je v podstate univerzálny a je použiteľný nielen na meranie odporov rezistorov, ale tiež Na nájdenie rôznych neelektrických parametrov stačí, že samotný neelektrický snímač veľkosti je odporový.

Potom je možné pomocou Wheatstoneovho mostíkového obvodu zmerať odpor senzorového prvku, ktorý sa na neho mení neelektrickým účinkom, a zodpovedajúca neelektrická veličina sa teda dá zistiť s malou chybou.

Dá sa teda nájsť hodnota: mechanická deformácia (tenzometre), teplota, osvetlenie, tepelná vodivosť, tepelná kapacita, vlhkosť a dokonca aj zloženie látky.

Meracie prístroje na báze Wheatstoneovho mosta zvyčajne odčítajú údaje z mostíkacez analógovo-digitálny prevodníkpripojené k digitálnemu počítačovému zariadeniu, ako je mikrokontrolér so vstavaným programom, ktorý vykonáva linearizáciu (nahradenie nelineárnych údajov približnými lineárnymi údajmi), škálovanie a prevádzanie prijatých údajov na numerickú hodnotu nameranej neelektrickej veličiny vo vhodných jednotkách, ako aj korekcia chýb a výstup v čitateľnej digitálnej podobe a.

Napríklad podlahové váhy na tomto princípe fungujú zhruba. Okrem toho je možné okamžite vykonať harmonickú analýzu pomocou softvérových metód atď.

Tenzometre (odporové senzory mechanického namáhania) sa používajú v elektronických mierkach, v dynamometroch, manometroch, torsiometroch a tenzometroch.

Tenzometer sa jednoducho prilepí na deformovateľnú časť, je súčasťou ramena mostíka, zatiaľ čo napätie v diagonále mosta bude úmerné mechanickému namáhaniu, na ktoré snímač reaguje - zmeny jeho odporu.

Pomocou nerovnováhy mosta zmerajte veľkosť tejto nerovnováhy a nájdite napríklad hmotnosť tela. Senzor môže byť mimochodom tiež piezoelektrický, ak sa meria rýchla alebo dynamická deformácia.

Ak je potrebné merať teplotu, použijú sa odporové snímače, ktorých odpor sa mení s teplotou skúmaného tela alebo média. Senzor nemusí prísť ani do kontaktu s telom, ale môže vnímať tepelné žiarenie, aké sa vyskytuje v bolometrických pyrometroch.

Princíp činnosti bolmetrického pyrometra je založený na zmene elektrického odporu termosenzitívneho prvku v dôsledku jeho zahrievania pod vplyvom absorbovaného toku elektromagnetickej energie. Tenká doska platiny, sčernená pre lepšiu absorpciu žiarenia, sa vďaka svojej malej hrúbke vplyvom žiarenia rýchlo zahrieva a jej odpor sa zvyšuje.

Obdobne pracujú odporové teplomery s kladným teplotným koeficientom a termistory s negatívnym teplotným koeficientom na báze polovodičov.

Ak sa teplota nepriamo mení, je možné zmerať tepelnú vodivosť, tepelnú kapacitu, prietok kvapaliny alebo plynu, koncentráciu zložiek plynnej zmesi atď. Nepriame merania tohto druhu sa používajú v plynovej chromatografii a v termokatalytických senzoroch.

Fotorezistory menia svoj odpor pod vplyvom osvetlenia a na meranie toku ionizujúceho žiarenia sa používajú špecializované odporové senzory.

Ako používať fotorezistory, fotodiódy a fototranzistory

Analógové senzory: použitie, spôsoby pripojenia k ovládaču

Pripojenie analógových snímačov k Arduino, snímanie snímačov

Meranie teploty a vlhkosti na Arduino - výber spôsobov

Ako sú usporiadané a funkčné zariadenia na meranie odporu