Primjena Wheatstone mosta za mjerenje neelektričnih veličina

Wheatstone Bridge električni je krug dizajniran za mjerenje veličine električnog otpora. Tu je shemu prvi put predložio britanski fizičar Samuel Christie 1833., a 1843. poboljšao ju je izumitelj Charles Wheatstone. Princip rada ove sheme sličan je djelovanju mehaničkih ljekarničkih ljestvica, ali ovdje nisu izjednačene sile, već električni potencijali.

Krug Wheatstone mosta sadrži dvije grane od kojih su potencijali srednjih terminala (D i B) izjednačeni tijekom postupka mjerenja. Jedna od grana mosta uključuje otpornik Rx, čija se vrijednost otpora mora utvrditi.

Suprotna grana sadrži reostat R2 - podesiv otpor. Između srednjih zaključaka grana uključen je indikator G koji može biti galvanometar, voltmetar, nulta indikator ili ampermetar.

Tijekom postupka mjerenja otpornost reostata postupno se mijenja sve dok indikator ne pokaže nulu. To znači da su potencijali srednjih točaka mosta između kojih je spojen jednaki, a razlika između potencijala jednaka je nuli.

Kada se strelica pokazatelja (galvanometar) odmakne na jednu ili drugu stranu od nule, to znači da struja struji kroz nju, a samim tim most još nije u ravnoteži. Ako je indikator točno nula, most je uravnotežen.

Očito, ako je omjer gornjeg i donjeg otpora u lijevom ramenu mosta jednak omjeru otpora desnog ramena mosta, ravnoteža (ili ravnoteža) mosta događa se jednostavno zbog nulte razlike potencijala između stezaljki galvanometra.

A ako se vrijednosti tri otpora mosta (uključujući trenutni otpor reostata) prvo mjere s dovoljno malom greškom, tada će se željeni otpor Rx naći s dovoljno velikom točnošću. Vjeruje se da se otpor galvanometra može zanemariti.

Wheatstone most je u osnovi univerzalan i primjenjiv je ne samo za mjerenje otpora otpornika, već i da bi se pronašli razni neelektrični parametri, dovoljno je da sam neelektrični senzor magnitude otpora.

Tada se otpor senzorskog elementa, koji se mijenja pod neelektričnim učinkom na njemu, može mjeriti pomoću Wheatstone mostičkog kruga, pa se odgovarajuća neelektrična količina može pronaći s malom pogreškom.

Dakle, može se pronaći vrijednost vrijednosti: mehanička deformacija (mjerači naprezanja), temperatura, osvjetljenje, toplinska vodljivost, toplinski kapacitet, vlaga, pa čak i sastav tvari.

Mjerni instrumenti na temelju Wheatstone mosta obično uzimaju očitanja s mostaputem analogno-digitalnog pretvaračaspojeni na digitalni računalni uređaj, kao što je mikrokontroler sa ugrađenim programom koji vrši linearnost (zamjenjujući nelinearne podatke približnim linearnim), skaliranje i pretvaranje primljenih podataka u numeričku vrijednost izmjerene neelektrične količine u odgovarajućim jedinicama, kao i ispravljanje pogrešaka i izlaz u čitljiv digitalni a.

Na primjer, podne vage otprilike djeluju na ovom principu. Osim toga, harmonska analiza itd. Može se odmah provesti softverskim metodama.

Takozvani mjerači napona (otpornički senzori mehaničkog naprezanja) koriste se u elektronskim vagama, u dinamometrima, manometrima, torziometrima i tenzometrima.

Mehanizam naprezanja jednostavno je zalijepljen na deformabilni dio, uključen je u rame mosta, dok će napon u dijagonali mosta biti proporcionalan mehaničkom naprezanju na koje senzor reagira - njegov otpor se mijenja.

Pomoću neravnoteže mosta izmjerite veličinu ove neravnoteže i tako pronađite, primjerice, težinu tijela. Senzor, usput, može biti i piezoelektričan ako se mjeri brza ili dinamička deformacija.

Kada je potrebno izmjeriti temperaturu, koriste se otporni senzori, čiji otpor ovisi o temperaturi tijela ili medija koji se ispituje. Senzor možda čak ne dolazi u kontakt s tijelom, već doživljava toplinsko zračenje, kao što se događa kod bolometrijskih pirometara.

Princip rada bolometrijskog pirometra temelji se na promjeni električnog otpora termoosjetljivog elementa uslijed njegovog zagrijavanja pod utjecajem apsorbiranog protoka elektromagnetske energije. Tanka ploča platine, pocrnjena radi bolje apsorpcije zračenja, brzo se zagrijava zbog svoje male debljine pod utjecajem zračenja, a otpornost se povećava.

Na sličan način djeluju otporni termometri s pozitivnim temperaturnim koeficijentom i termistori s negativnim temperaturnim koeficijentom na temelju poluvodiča.

Kada se temperatura neizravno mijenja, moguće je izmjeriti toplinsku vodljivost, toplinski kapacitet, protok tekućine ili plina, koncentraciju komponenata plinske smjese itd. Indirektna mjerenja ove vrste koriste se u plinskoj kromatografiji i u termokatalitičkim senzorima.

Fotoresistori mijenjaju otpor pod utjecajem osvjetljenja, a za mjerenje protoka ionizirajućeg zračenja koriste se specijalizirani otporni senzori.

Kako se koriste fotoresistori, fotodiodi i fototransistori

Analogni senzori: primjena, načini spajanja na regulator

Spajanje analognih senzora na Arduino, očitavanje senzora

Mjerenje temperature i vlažnosti na Arduinu - izbor metoda

Kako su uređeni i rade uređaji za mjerenje otpora