Utilizarea podului Wheatstone pentru măsurarea cantităților neelectrice

Wheatstone Bridge este un circuit electric conceput pentru a măsura amploarea rezistenței electrice. Această schemă a fost propusă pentru prima dată de fizicianul britanic Samuel Christie în 1833, iar în 1843 a fost îmbunătățită de inventatorul Charles Wheatstone. Principiul de funcționare al acestei scheme este similar cu acțiunea cântarilor mecanici de farmacie, dar nu sunt forțele care sunt egalizate aici, ci potențialele electrice.

Circuitul podului Wheatstone conține două ramuri, ale căror potențiale ale terminalelor mijlocii (D și B) sunt egalizate în timpul procesului de măsurare. Una dintre ramurile podului include o rezistență Rx, a cărei valoare de rezistență trebuie determinată.

Ramura opusă conține un reostat R2 - rezistență reglabilă. Între concluziile de mijloc ale ramurilor, indicatorul G este pornit, care poate fi un galvanometru, un voltmetru, un indicator zero sau un ampermetru.

În timpul procesului de măsurare, rezistența reostatului este modificată treptat până când indicatorul arată zero. Aceasta înseamnă că potențialele punctelor medii ale punții între care este conectat sunt egale între ele, iar diferența de potențial dintre ele este zero.

Când săgeata indicatorului (galvanometru) este deviată într-o parte sau alta de la zero, acest lucru înseamnă că curentul curge prin el și, prin urmare, podul nu este încă în echilibru. Dacă indicatorul este exact zero, podul este echilibrat.

Evident, dacă raportul dintre rezistențele superioare și inferioare ale umărului stâng al podului este egal cu raportul rezistențelor umărului drept al podului, echilibrul (sau echilibrul) podului apare pur și simplu datorită diferenței de potențial zero între bornele galvanometrului.

Și dacă valorile celor trei rezistențe ale punții (inclusiv rezistența curentă a reostatului) sunt măsurate mai întâi cu o eroare suficient de mică, atunci rezistența dorită Rx va fi găsită cu o precizie suficient de mare. Se crede că rezistența galvanometrului poate fi neglijată.

Podul Wheatstone este esențial universal și este aplicabil nu numai pentru măsurarea rezistențelor rezistențelor, ci și pentru a găsi o varietate de parametri neelectrici, este suficient ca senzorul de magnitudine non-electric să fie rezistiv.

Apoi, rezistența elementului senzor, schimbându-se sub un efect neelectric asupra acestuia, poate fi măsurată folosind circuitul podului Wheatstone, iar cantitatea corespunzătoare neelectrică poate fi astfel găsită cu o mică eroare.

Astfel, se poate găsi valoarea valorii: deformarea mecanică (manometre), temperatura, iluminarea, conductivitatea termică, capacitatea de căldură, umiditatea și chiar compoziția substanței.

Instrumentele de măsurare bazate pe podul de grâu iau, de obicei, lecturi dintr-un podprin convertor analog-digitalconectat la un dispozitiv de calcul digital, cum ar fi un microcontroler cu un program încorporat, care realizează liniarizare (înlocuirea datelor neliniare cu cele lineare aproximative), scalarea și transformarea datelor primite într-o valoare numerică a cantității măsurate neelectrice în unități adecvate, precum și corectarea erorilor și ieșirea într-un digital care poate fi citit a.

De exemplu, solzi de podea funcționează aproximativ pe acest principiu. În plus, analiza armonică poate fi efectuată imediat folosind metode software etc.

Așa-numitele manometre de tensiune (senzori rezistivi de tensiune mecanică) sunt utilizate în scale electronice, în dinamometre, manometre, torsiometre și tensometre.

Manometrul este pur și simplu lipit de partea deformabilă, este inclus în umărul podului, în timp ce tensiunea în diagonala podului va fi proporțională cu efortul mecanic la care răspunde senzorul - rezistența acestuia se schimbă.

Cu dezechilibrul podului, măsurați amploarea acestui dezechilibru și astfel găsiți, de exemplu, greutatea unui corp. Apropo, senzorul poate fi, de asemenea, piezoelectric dacă se măsoară deformarea rapidă sau dinamică.

Când este necesară măsurarea temperaturii, se utilizează senzori rezistivi, a căror rezistență variază în funcție de temperatura corpului sau a mediului studiat. Este posibil ca senzorul să nu intre în contact cu corpul, ci percepe mai degrabă radiația termică, așa cum se întâmplă în pirometrele bolometrice.

Principiul funcționării unui pirometru bolometric se bazează pe o schimbare a rezistenței electrice a unui element termosensibil datorită încălzirii sale sub influența unui flux absorbit de energie electromagnetică. O placă subțire de platină, înnegrită pentru o mai bună absorbție a radiațiilor, se încălzește rapid datorită grosimii mici sub influența radiației și crește rezistența acesteia.

În mod similar, funcționează termometrele de rezistență cu un coeficient de temperatură pozitiv și termistorii cu un coeficient de temperatură negativ bazat pe semiconductori.

Atunci când temperatura este schimbată indirect, este posibilă măsurarea conductivității termice, a capacității de căldură, a debitului unui lichid sau a gazului, a concentrației componentelor unui amestec de gaz etc.

Fotorezistorii își schimbă rezistența sub influența iluminării, iar senzorii rezistivi specializați sunt folosiți pentru a măsura fluxul de radiații ionizante.

Cum se utilizează fotorezistorii, fotodiodele și fototransistorii

Senzori analogici: aplicare, metode de conectare la regulator

Conectarea senzorilor analogici la Arduino, citirea senzorilor

Măsurarea temperaturii și umidității pe Arduino - o selecție de metode

Cum sunt aranjate și funcționate dispozitivele de măsurare a rezistenței