A Wheatstone-híd használata nem elektromos mennyiségek mérésére

A Wheatstone Bridge egy elektromos áramkör, amely az elektromos ellenállás nagyságának mérésére szolgál. Ezt a sémát először Samuel Christie brit fizikus 1833-ban javasolta, 1843-ban pedig a feltaláló, Charles Wheatstone fejlesztette ki. Ennek a sémanak a működési elve hasonló a mechanikus gyógyszerészeti mérlegek működéséhez, de itt nem az erők kiegyenlítődnek, hanem az elektromos potenciál.

A Wheatstone hídáramkör két ágot tartalmaz, amelyek középső csatlakozóinak (D és B) potenciálja kiegyenlítve van a mérési folyamat során. A híd egyik ágában található egy Rx ellenállás, amelynek ellenállási értékét meg kell határozni.

Az ellenkező ág egy R2 reostattot tartalmaz - állítható ellenállás. Az ágak középső következtetései között a G jelzőfény világít, amely galvanométer, voltmérő, nulla jelző vagy ampermérő lehet.

A mérési folyamat során a reostata ellenállása fokozatosan megváltozik, amíg a jelző nullára nem mutat. Ez azt jelenti, hogy a híd középpontjainak potenciálja megegyezik egymással, és a potenciálkülönbség nulla.

Ha az indikátor (galvanométer) nyílja nulla vagy egyik oldalára eltér, nulla, ez azt jelenti, hogy egy áram áramlik rajta, és ezért a híd még nincs egyensúlyban. Ha a jelző pontosan nulla, a híd kiegyensúlyozott.

Nyilvánvaló, hogy ha a felső és az alsó ellenállás aránya a híd bal oldali vállában egyenlő a híd jobb vállának ellenállásával, akkor a híd egyensúlya (vagy egyensúlya) egyszerűen a galvanométer kivezetései közötti nulla potenciálkülönbség miatt fordul elő.

És ha először a három híd ellenállás értékét (ideértve a reostata jelenlegi ellenállását is) kellően kis hibával megmérni, akkor a kívánt Rx ellenállást kellően nagy pontossággal kell meghatározni. Úgy gondolják, hogy a galvanométer ellenállása elhanyagolható.

A Wheatstone-híd alapvetően univerzális, és nemcsak az ellenállások ellenállásának mérésére használható, hanem az is különféle nem elektromos paraméterek megtalálásához elegendő, ha a nem elektromos nagyságmérő érzékelő ellenálló.

Ezután az érzékelő elem ellenállása, amely nem villamos hatás hatására változik, megmérhető a Wheatstone hídáramkör segítségével, és így a megfelelő nem villamos mennyiség kis hibával megtalálható.

Így meg lehet találni az érték értékét: mechanikai deformáció (nyúlásmérők), hőmérséklet, megvilágítás, hővezető képesség, hőkapacitás, páratartalom és még az anyag összetétele.

A Wheatstone-híd alapú mérőműszerek általában egy hídról vesznek leolvasástanalóg-digitális átalakítón keresztülcsatlakoztatva egy digitális számítástechnikai eszközhöz, például egy beépített programmal ellátott mikrokontrollerhez, amely elvégzi a linearizálást (a nemlineáris adatokat hozzávetőlegesen lineárisra váltja fel), méretezi és konvertálja a kapott adatokat a mért nem elektromos mennyiség numerikus értékére megfelelő egységekben, valamint a hibajavításhoz és az outputhoz olvasható digitálisan a.

Például a padlómérlegek nagyjából ezen az elven működnek. Ezenkívül a harmonikus elemzést azonnal elvégezhetjük szoftver módszerekkel stb.

Az úgynevezett feszültségmérőket (a mechanikus feszültség ellenállás érzékelőit) használják az elektronikus mérlegekben, a dinamométerben, a manométerben, a torziméterben és a tensométerben.

A nyúlásmérőt egyszerűen ragasztják a deformálódó részre, a híd vállába helyezik, míg a híd átlójában a feszültség arányos lesz a mechanikus feszültséggel, amelyre az érzékelő reagál - ellenállása megváltozik.

A híd egyensúlyhiányával mérje meg az egyensúlyhiány mértékét, és így keresse meg például egy test súlyát. Az érzékelő egyébként piezoelektromos is lehet, ha gyors vagy dinamikus deformációt mérnek.

Amikor meg kell mérni a hőmérsékletet, ellenállásos érzékelőket használunk, amelyek ellenállása a vizsgált test vagy közeg hőmérsékletével változik. Lehet, hogy az érzékelő nem is érintkezik a testtel, de érzékeli a hő sugárzást, mint a bolometrikus pirométereknél.

A bolometrikus pirométer működésének elve egy hőérzékeny elem elektromos ellenállásának változásán alapszik, amely annak melegítése következtében egy elnyelt elektromágneses energia áramlás hatására hat. A vékony platinalemez, amelyet megfeketedik a sugárzás jobb abszorpciója érdekében, gyorsan felmelegszik kis vastagsága miatt, sugárzás hatására, és ellenállása növekszik.

Hasonlóképpen működnek a pozitív hőmérsékleti együtthatóval rendelkező ellenállásmérők és a félvezetőkön alapuló negatív hőmérsékleti együtthatóval rendelkező termisztorok.

A hőmérséklet közvetett megváltoztatása esetén meg lehet mérni a hővezető képességet, a hőkapacitást, a folyadék vagy a gáz áramlási sebességét, a gázkeverék összetevőinek koncentrációját stb. Az ilyen közvetett méréseket a gázkromatográfiában és a hőkatalitikus érzékelőkben alkalmazzák.

A fotorezisztrátorok megvilágítás hatására megváltoztatják ellenállásukat, és az ionizáló sugárzás áramlásának mérésére speciális ellenállás-érzékelőket alkalmaznak.

Hogyan használjuk a fotorezisztoreket, a fotodiodekat és a fototranzisztorokat

Analóg érzékelők: alkalmazás, a vezérlőhöz történő csatlakoztatás módjai

Analóg érzékelők csatlakoztatása Arduino-hoz, olvasási érzékelők

Hőmérséklet és páratartalom mérése az Arduinón - számos módszer

Hogyan vannak elrendezve és működnek az ellenállásmérő eszközök?