„Wheatstone“ tilto naudojimas neelektriniams dydžiams matuoti

„Wheatstone Bridge“ yra elektros grandinė, skirta išmatuoti elektrinės varžos dydį. Šią schemą pirmą kartą pasiūlė britų fizikas Samuelis Christie 1833 m., O 1843 m. Ją patobulino išradėjas Charlesas Wheatstone'as. Šios schemos veikimo principas yra panašus į mechaninių vaistinių svarstyklių veikimą, tačiau čia išlyginamos ne jėgos, o elektriniai potencialai.

„Wheatstone“ tilto grandinę sudaro dvi atšakos, kurių vidurinių gnybtų (D ir B) potencialai matavimo proceso metu išlyginami. Vienoje iš tilto atšakų yra rezistorius Rx, kurio pasipriešinimo vertė turi būti nustatyta.

Priešingoje šakoje yra reostatas R2 - reguliuojamas pasipriešinimas. Tarp šakų vidurinių išvadų įjungtas G indikatorius, kuris gali būti galvanometras, voltmetras, nulio indikatorius arba ampermetras.

Matavimo metu reostato varža palaipsniui keičiama, kol indikatorius rodys nulį. Tai reiškia, kad tilto, tarp kurio jis yra sujungtas, vidurio taškų potencialai yra lygūs vienas kitam, o potencialų skirtumas tarp jų yra lygus nuliui.

Kai indikatoriaus (galvanometro) rodyklė viena ar kita kryptimi nukrypsta nuo nulio, tai reiškia, kad per ją teka srovė, todėl tiltas dar nėra pusiausvyroje. Jei indikatorius yra tiksliai lygus nuliui, tiltas yra subalansuotas.

Akivaizdu, kad jei viršutinio ir apatinio pasipriešinimų santykis kairiajame tilto petyje yra lygus tilto dešiniojo peties pasipriešinimų santykiui, tilto pusiausvyra (arba pusiausvyra) atsiranda vien dėl nulinio potencialo skirtumo tarp galvanometro gnybtų.

Ir jei visų trijų tilto varžų vertės (įskaitant reostato srovės varžą) pirmiausia išmatuojamos su pakankamai maža paklaida, tada reikiamas pasipriešinimas Rx bus rastas pakankamai dideliu tikslumu. Manoma, kad galvanometro pasipriešinimo galima nepaisyti.

„Wheatstone“ tiltas iš esmės yra universalus ir yra naudojamas ne tik matuojant varžų varžą, bet ir norint rasti įvairius neelektrinius parametrus, pakanka, kad pats neelektrinis didumo jutiklis būtų varžinis.

Tada jutiklio elemento pasipriešinimas, keičiantis neelektriniam jo poveikiui, gali būti išmatuotas naudojant „Wheatstone“ tilto grandinę, todėl atitinkamą neelektrinį kiekį galima rasti su maža paklaida.

Taigi galima rasti vertės reikšmę: mechaninė deformacija (deformacijų matuokliai), temperatūra, apšvietimas, šilumos laidumas, šilumos talpa, drėgmė ir net medžiagos sudėtis.

Matavimo prietaisai, kurių pagrindas yra „Wheatstone“ tiltas, paprastai užima rodmenis nuo tiltoper analoginio-skaitmeninio keitiklįprijungtas prie skaitmeninio skaičiavimo įrenginio, pavyzdžiui, mikrovaldiklio su integruota programa, atliekančia linearizaciją (nelinijinius duomenis pakeičiant apytiksliais linijiniais), mastelį keičiant ir paverčiant gautus duomenis į išmatuoto neelektrinio kiekio skaitinę vertę atitinkamais matavimo vienetais, taip pat klaidų taisymą ir išvestį skaitomame skaitmeniniame. forma.

Pvz., Grindų svarstyklės maždaug veikia šiuo principu. Be to, harmoninę analizę galima atlikti iškart, naudojant programinės įrangos metodus ir kt.

Vadinamieji deformacijų matuokliai (atsparūs mechaninio įtempio jutikliams) naudojami elektroninėse svarstyklėse, dinamometruose, manometruose, torsometruose ir tensometruose.

Deformacijos matuoklis tiesiog priklijuojamas prie deformuojamos dalies, yra įtrauktas į tilto mentę, o įtampa tilto įstrižainėje bus proporcinga mechaniniam įtempiui, į kurį jutiklis reaguoja - keičiasi jo varža.

Naudodami tilto disbalansą, išmatuokite šio disbalanso dydį ir taip suraskite, pavyzdžiui, kūno svorį. Jutiklis, beje, taip pat gali būti pjezoelektrinis, jei matuojama greita ar dinaminė deformacija.

Kai reikia matuoti temperatūrą, naudojami varžiniai jutikliai, kurių atsparumas kinta priklausomai nuo tiriamo kūno ar terpės temperatūros. Jutiklis net negali liestis su kūnu, o greičiau suvokia šiluminę spinduliuotę, kaip atsitinka bolometriniuose pirometruose.

Bolometrinio pirometro veikimo principas grindžiamas termojautraus elemento elektrinės varžos pasikeitimu dėl jo kaitinimo veikiant absorbuotam elektromagnetinės energijos srautui. Plona platinos plokštelė, pajuodinta, kad geriau absorbuotų radiaciją, dėl nedidelio storio veikiant radiacijai greitai įkaista ir padidėja jo varža.

Panašiu būdu veikia pasipriešinimo termometrai su teigiamu temperatūros koeficientu ir termistoriai, kurių neigiamas temperatūros koeficientas yra pagrįstas puslaidininkiais.

Kai temperatūra keičiama netiesiogiai, galima išmatuoti šilumos laidumą, skysčio ar dujų srautą, skysčio ar dujų srautą, dujų mišinio komponentų koncentraciją ir tt. Netiesioginiai tokio tipo matavimai naudojami dujų chromatografijoje ir termokatalitiniuose davikliuose.

Fotorezistoriai keičia savo atsparumą veikiant apšvietimui, o jonizuojančiosios spinduliuotės srautui matuoti naudojami specializuoti varžiniai jutikliai.

Kaip naudotis fotorezistoriais, fotodiodais ir fototranzistoriais

Analoginiai jutikliai: taikymas, prijungimo prie valdiklio būdai

Analoginių jutiklių prijungimas prie Arduino, skaitymo jutikliai

Temperatūros ir drėgmės matavimas Arduino - įvairių būdų pasirinkimas

Kaip yra išdėstyti ir veikia atsparumo matavimo prietaisai?