Penggunaan jambatan Wheatstone untuk mengukur kuantiti bukan elektrik

Jambatan Wheatstone adalah litar elektrik yang direka untuk mengukur magnitud rintangan elektrik. Skim ini pertama kali dicadangkan oleh ahli fizik British Samuel Christie pada tahun 1833, dan pada tahun 1843 ia telah diperbaiki oleh pencipta Charles Wheatstone. Prinsip pengendalian skim ini adalah serupa dengan tindakan skala farmasi mekanikal, tetapi bukan kuasa yang disamakan di sini, tetapi potensi elektrik.

Litar jambatan Wheatstone mengandungi dua cabang, potensi terminal pertengahan (D dan B) yang disamakan semasa proses pengukuran. Salah satu cawangan jambatan ini termasuk perintang Rx, nilai rintangan yang mesti ditentukan.

Cawangan bertentangan mengandungi rheostat R2 - rintangan laras. Antara kesimpulan tengah cabang, penunjuk G dihidupkan, yang boleh menjadi galvanometer, voltmeter, penunjuk sifar atau ammeter.

Semasa proses pengukuran, rintangan rheostat secara beransur-ansur berubah sehingga penunjuk menunjukkan sifar. Ini bermakna bahawa potensi titik tengah jambatan antara mana ia bersambung adalah sama antara satu sama lain, dan perbezaan potensi di antara mereka adalah sifar.

Apabila anak panah penunjuk (galvanometer) menyimpang dalam satu arah atau yang lain dari sifar, ini bermakna arus mengalir melaluinya, dan oleh itu jambatan itu belum lagi seimbang. Sekiranya penunjuknya betul-betul sifar, jambatan itu seimbang.

Jelas, jika nisbah rintangan atas dan bawah di bahu kiri jambatan adalah sama dengan nisbah rintangan bahu kanan jambatan, baki (atau keseimbangan) jambatan berlaku hanya kerana perbezaan potensi sifar antara terminal galvanometer.

Dan jika nilai-nilai dari tiga rintangan jambatan (termasuk rintangan semasa rheostat) pertama diukur dengan ralat yang cukup kecil, maka rintangan yang dikehendaki Rx akan didapati dengan ketepatan yang cukup tinggi. Adalah dipercayai bahawa rintangan galvanometer boleh diabaikan.

Jambatan Wheatstone pada asasnya universal, dan boleh digunakan bukan sahaja untuk mengukur rintangan resistor, tetapi juga untuk mencari pelbagai parameter bukan elektrik, adalah cukup bahawa sensor magnitud bukan elektrik itu sendiri adalah resistif.

Kemudian rintangan elemen sensor, berubah di bawah kesan bukan elektrik di atasnya, boleh diukur menggunakan litar jambatan Wheatstone, dan kuantiti non-elektrik yang sepadan dengan itu boleh didapati dengan ralat kecil.

Oleh itu, seseorang dapat mencari nilai nilai: ubah bentuk mekanikal (tolok tegangan), suhu, pencahayaan, kekonduksian terma, kapasiti haba, kelembapan, dan juga komposisi bahan.

Instrumen pengukuran berasaskan jambatan Wheatstone biasanya mengambil bacaan dari jambatanmelalui penukar analog-ke-digitaldisambungkan kepada peranti pengkomputeran digital, seperti mikrokontroler dengan program terbina dalam yang menjalankan linearization (menggantikan data bukan linear dengan anggaran linear), mengukur dan menukar data yang diterima ke dalam nilai berangka kuantiti bukan elektrik diukur dalam unit ukuran yang sesuai, serta pembetulan ralat dan output dalam digital yang boleh dibaca borang.

Sebagai contoh, skala lantai kira-kira berfungsi dengan prinsip ini. Di samping itu, analisis harmonik boleh dilakukan dengan segera menggunakan kaedah perisian, dsb.

Tolok tegangan yang dipanggil (sensor rintangan tekanan mekanikal) digunakan dalam skala elektronik, dalam dynamometers, manometer, torsiometers dan tensometers.

Tolok terikan hanya terpaku pada bahagian yang cacat, dimasukkan ke dalam bahu jambatan, sementara voltan diagonal jambatan akan berkadar dengan tekanan mekanikal yang sensor itu bertindak balas - perubahan rintangannya.

Dengan ketidakseimbangan jambatan, mengukur magnitud ketidakseimbangan ini, dan dengan itu mencari, sebagai contoh, berat badan. Sensor, dengan cara itu, juga boleh menjadi piezoelektrik jika ubah bentuk pantas atau dinamik diukur.

Apabila perlu untuk mengukur suhu, sensor rintangan digunakan, rintangan yang berbeza-beza dengan suhu badan atau sederhana di bawah kajian. Sensor itu mungkin tidak dapat bersentuhan dengan badan, tetapi merasakan sinaran termal, seperti yang berlaku dalam pomonometri bolometrik.

Prinsip pengoperasian pyrometer bolometrik adalah berdasarkan perubahan rintangan elektrik unsur termosensitif kerana pemanasannya di bawah pengaruh arus elektromagnetik yang diserap. Plat platinum nipis, yang dikeringkan untuk penyerapan radiasi yang lebih baik, cepat dipanaskan kerana ketebalannya yang kecil di bawah pengaruh radiasi dan peningkatan rintangannya.

Dengan cara yang sama, termometer rintangan dengan pekali suhu positif dan termistor dengan pekali suhu negatif berdasarkan semikonduktor beroperasi.

Apabila suhu berubah secara tidak langsung, adalah mungkin untuk mengukur kekonduksian haba, kapasiti haba, kadar aliran cecair atau gas, kepekatan komponen campuran gas, dan lain-lain. Pengukuran tidak langsung jenis ini digunakan dalam kromatografi gas dan dalam sensor termokatalitik.

Photoresistors menukar rintangan mereka di bawah pengaruh pencahayaan, dan sensor resistif khusus digunakan untuk mengukur aliran radiasi pengion.

Cara menggunakan photoresistors, photodiodes dan phototransistors

Sensor analog: aplikasi, kaedah sambungan kepada pengawal

Menyambung sensor analog ke Arduino, membaca sensor

Mengukur suhu dan kelembapan pada Arduino - pilihan kaedah

Bagaimanakah peranti untuk mengukur rintangan disusun dan berfungsi