Wheatstone-sillan käyttö ei-sähköisten määrien mittaamiseen

Wheatstone Bridge on sähköpiiri, joka on suunniteltu mittaamaan sähkövastuksen suuruus. Brittiläinen fyysikko Samuel Christie ehdotti tätä järjestelmää ensimmäisen kerran vuonna 1833, ja keksijä Charles Wheatstone paransi sitä vuonna 1843. Tämän järjestelmän toimintaperiaate on samanlainen kuin mekaanisten farmaseuttisten vaakojen toiminta, mutta tässä ei tasoiteta voimia, vaan sähköpotentiaalit.

Wheatstone-siltapiiri sisältää kaksi haaraa, joiden keskiterminaalien (D ja B) potentiaalit tasataan mittausprosessin aikana. Yksi sillan haara sisältää vastuksen Rx, jonka vastusarvo on määritettävä.

Vastakkaisessa haarassa on reostaatti R2 - säädettävä vastus. Haarojen keskimmäisten päätelmien välillä on G-indikaattori päällä, mikä voi olla galvanometri, voltimetri, nollaosoitin tai ampeerimittari.

Mittausprosessin aikana reostaatin vastus muuttuu vähitellen, kunnes osoitin näyttää nollan. Tämä tarkoittaa, että sillan, jonka väliin se on kytketty, keskipisteiden potentiaalit ovat keskenään yhtä suuret ja potentiaaliero niiden välillä on nolla.

Kun indikaattorin (galvanometrin) nuoli poikkeaa toiselle puolelle nollasta, tämä tarkoittaa, että virta virtaa sen läpi, joten silta ei ole vielä tasapainossa. Jos ilmaisin on tarkalleen nolla, silta on tasapainossa.

On selvää, että jos sillan vasemman olkapään ylä- ja alavastusten suhde on yhtä suuri kuin sillan oikean hartian resistanssien suhde, sillan tasapaino (tai tasapaino) tapahtuu yksinkertaisesti galvanometrin napojen välisen nollapotentiaalierojen takia.

Ja jos kolmen sillan vastuksen arvot (mukaan lukien reostaatin virran resistanssi) mitataan ensin riittävän pienellä virheellä, niin haluttu vastus Rx löytyy riittävän suurella tarkkuudella. Uskotaan, että galvanometrin vastus voidaan jättää huomiotta.

Wheatstone-silta on pääosin universaali, ja sitä voidaan käyttää vastusten resistanssien mittaamisen lisäksi Erilaisten ei-sähköisten parametrien löytämiseksi riittää, että anturi itsessään ei ole sähköinen, arvo oli resistiivinen.

Sitten anturielementin resistanssi, joka muuttuu sen epäelektrisen vaikutuksen alaisena, voidaan mitata Wheatstone-siltapiirillä, ja vastaava ei-sähköinen määrä voidaan siten löytää pienellä virheellä.

Siten arvon arvo voidaan löytää: mekaaniset muodonmuutokset (venymäärät), lämpötila, valaistus, lämmönjohtavuus, lämpökapasiteetti, kosteus ja jopa aineen koostumus.

Wheatstone-siltapohjaiset mittauslaitteet ottavat lukemat tyypillisesti sillastaanalogia-digitaalimuuntimen kauttakytkettynä digitaaliseen laskentalaitteeseen, kuten mikrokontrolleri, jossa on sisäänrakennettu ohjelma, joka suorittaa linearisoinnin (korvaa epälineaariset tiedot likimääräisillä lineaarisilla), skaalataan ja muunnetaan vastaanotettu data mitatun ei-sähköisen määrän numeeriseksi arvoksi sopivissa yksiköissä, samoin kuin virheenkorjaus ja ulostulo luettavassa digitaalisessa a.

Esimerkiksi lattiavaa'at toimivat suunnilleen tällä periaatteella. Lisäksi harmoninen analyysi voidaan suorittaa heti ohjelmistomenetelmin jne.

Ns. Venymämittareita (mekaanisen rasituksen resistiivisiä antureita) käytetään elektronisissa vaa'oissa, dynamometreissä, manometreissä, torsio- ja tensometereissä.

Jännitysmittari liimataan yksinkertaisesti muotoaan muuttavaan osaan, sisältyy sillan olkapäähän, kun taas sillan vinossa oleva jännite on verrannollinen mekaaniseen rasitukseen, johon anturi reagoi - sen vastus muuttuu.

Mittaa sillan epätasapainossa tämän epätasapainon suuruus ja löydä siten esimerkiksi kehon paino. Anturi, muuten, voi olla myös pietsosähköistä, jos mitataan nopea tai dynaaminen muodonmuutos.

Kun lämpötila on tarpeen mitata, käytetään resistiivisiä antureita, joiden vastus vaihtelee tutkittavan kehon tai väliaineen lämpötilan mukaan. Anturi ei välttämättä ole edes kosketuksessa kehon kanssa, vaan havaitsee pikemminkin lämpöä säteilyä, kuten tapahtuu bolometrisissä pyrometreissä.

Bolometrisen pyrometrin toimintaperiaate perustuu lämpöherkän elementin sähkövastuksen muutokseen, joka johtuu sen kuumenemisesta absorboituneen sähkömagneettisen energian virtauksen vaikutuksen alaisena. Ohut platinalevy, mustattu säteilyn parempaan imeytymiseen, kuumenee nopeasti sen pienen paksuuden vuoksi säteilyn vaikutuksesta ja sen vastus kasvaa.

Samalla tavalla toimivat puolijohteisiin perustuvat vastuslämpömittarit, joilla on positiivinen lämpötilakerroin, ja termistorit, joiden lämpötilakerroin on negatiivinen.

Kun lämpötilaa muutetaan epäsuorasti, on mahdollista mitata lämmönjohtavuus, lämpökapasiteetti, nesteen tai kaasun virtausnopeus, kaasuseoksen komponenttien pitoisuus jne. Tämän tyyppisiä epäsuoria mittauksia käytetään kaasukromatografiassa ja lämpökatalyyttisissä antureissa.

Valontutkijat muuttavat resistanssiaan valaistuksen vaikutuksesta, ja ionisoivan säteilyn virtauksen mittaamiseen käytetään erikoistuneita resistiivisiä antureita.

Kuinka käyttää valoresistoreita, fotodiodeja ja valotransistoreita

Analogiset anturit: sovellus, kytkentätavat ohjaimeen

Yhdistetään analogiset anturit Arduinoon, lukemisen anturit

Lämpötilan ja kosteuden mittaaminen Arduinolla - valikoima tapoja

Kuinka vastusmittauslaitteet on järjestetty ja toimivat