"Srce znanosti je merjenje", za merjenje pa se mostna vezja uporabljajo za iskanje vseh vrst električnih in elektronskih parametrov. Preučili smo več mostov na področju merjenja in merjenja električne in elektronske opreme. Spodnja tabela prikazuje različne mostove z njihovo uporabo:
Št. | Ime mostu | Parameter, ki ga je treba določiti |
1. | Pšenični kamen | izmerite neznan upor |
2. | Anderson | izmerite samoinduktivnost tuljave |
3. | Odstrani | merjenje zelo majhne vrednosti kapacitivnosti |
4. | Maxwell | izmerite neznano induktivnost |
5. | Kelvin | uporablja se za merjenje neznanih električnih uporov pod 1 ohm. |
6. | Wein | merjenje kapacitivnosti glede na upornost in frekvenco |
7. | Seno | meritev neznanega induktorja velike vrednosti |
Tukaj bomo govorili o Wheatstonovem mostu, ki se uporablja za merjenje neznane odpornosti. Zdaj digitalni multimeter z dnevi pomaga pri enostavnem merjenju upora. Toda prednost Wheatstonovega mostu pred tem je zagotoviti merjenje zelo nizkih vrednosti upora v območju mili-ohmov.
Most Wheatstone
Samuel Hunter Christie je leta 1833 izumil Wheatstoneov most, ki ga je sir Charles Wheatstone izboljšal in populariziral leta 1843. Wheatstoneov most je povezava štirih uporov, ki tvorijo most. Štirje upori v vezju se imenujejo kraki mostu. Most se uporablja za iskanje vrednosti neznanega upora, povezanega z dvema znanima uporoma, enim spremenljivim uporom in galvanometrom. Da bi ugotovili vrednost neznanega upora, je bil odklon galvanometra nastavljen na nič s prilagoditvijo spremenljivega upora. Ta točka je znana kot točka ravnotežja mostu Wheatstone.
Izpeljava
Kot lahko vidimo na sliki, sta R1 in R2 znana upor. R3 je spremenljivi upor, Rx pa neznan upor. Most je povezan z enosmernim virom (baterija).
Če je Bridge v uravnoteženem stanju, skozi galvanometer ne sme teči tok in isti tok I1 bo tekel skozi R1 in R2. Enako velja za R3 in Rx, kar pomeni, da bo pretok toka (I2) skozi R3 in Rx ostal enak. Torej spodaj so izračuni za ugotovitev neznane vrednosti upora, ko je most v stanju uravnoteženosti (brez toka toka med točko C in D).
V = IR (po ohmovem zakonu) VR1 = I1 * R1… enačba (1) VR2 = I1 * R2… enačba (2) VR3 = I2 * R3… enačba (3) VRx = I2 * Rx… enačba (4)
Padec napetosti na R1 in R3 je enak, padec napetosti na R2 in R4 pa je enak tudi v stanju uravnoteženega mostu.
I1 * R1 = I2 * R3… enačba (5) I1 * R2 = I2 * Rx… enačba (6)
O delilni enačbi (5) in enačbi (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Torej od tu dobimo vrednost Rx, ki je naša neznana odpornost, zato Wheatstoneov most pomaga pri merjenju neznane odpornosti.
Delovanje
Praktično se spremenljivi upor prilagodi, dokler vrednost toka skozi galvanometer ne postane nič. Takrat se most imenuje uravnoteženi Wheatstoneov most. Dobivanje ničelnega toka skozi galvanometer daje visoko natančnost, saj lahko manjša sprememba spremenljive upornosti moti stanje ravnotežja.
Kot je prikazano na sliki, so v mostu R1, R2, R3 in Rx štirje upori. Kjer sta R1 in R2 neznani upor, je R3 spremenljiv upor, Rx pa neznan upor. Če je razmerje znanih uporov enako razmerju med nastavljeno spremenljivo upornostjo in neznano upornostjo, v tem stanju skozi galvanometer ne bo tekel tok.
V uravnoteženem stanju,
R1 / R2 = R3 / Rx
V tem trenutku imamo vrednost R1 , R2 in R3, tako da je vrednost Rx enostavno najti iz zgornje formule.
Iz zgornjega pogoja, Rx = R2 * R3 / R1
Zato se vrednost neznanega upora izračuna po tej formuli, glede na to, da je tok skozi galvanometer nič.
Torej moramo prilagoditi potenciometer do točke, ko bo napetost na C in D enaka, v tem stanju bo tok skozi točki C in D enak nič in odčitek galvanometra bo nič, v tem določenem položaju bo poklican Wheatstone Bridge Uravnoteženo stanje. Ta celotna operacija je pojasnjena v spodnjem videoposnetku:
Primer
Vzemimo si primer za razumevanje koncepta Wheatstonovega mostu, saj vzamemo neuravnotežen most, da izračunamo ustrezno vrednost za Rx (neznan upor) za uravnoteženje mostu. Kot vemo, če je razlika padca napetosti na točki C in D enaka nič, je most v ravnotežnem stanju.
V skladu s shemo vezja
Za ADB prve roke, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Ko vnesemo vrednosti v zgornjo formulo, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 voltov
Za drugo roko ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 voltov
Torej je napetostna razlika med točko C in D:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 voltov
Če je razlika padca napetosti na C in D pozitivna ali negativna (pozitivna ali negativna kaže smer neuravnoteženosti), to kaže, da je most neuravnotežen in za njegovo uravnoteženje potrebujemo drugačno vrednost upora pri zamenjavi R4.
Vrednost upora R4, potrebna za uravnoteženje vezja, je:
R4 = (R2 * R3) / R1 (stanje ravnotežnega mostu) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Zato je vrednost R4, ki je potrebna za uravnoteženje mostu, 720 Ω, ker če je most uravnotežen, je razlika padca napetosti na C in D enaka nič in če lahko uporabite upor 720 Ω, bo razlika napetosti enaka nič.
Aplikacije
- V glavnem se uporablja pri merjenju zelo nizke vrednosti neznane odpornosti z razponom mili ohmov.
- Če uporabljamo varistor z Wheatstoneovim mostom, lahko določimo tudi vrednost nekaterih parametrov, kot so kapacitivnost, induktivnost in impedanca.
- Z uporabo Wheatstonovega mostu z operacijskim ojačevalnikom pomaga pri merjenju različnih parametrov, kot so temperatura, deformacija, svetloba itd.