Användningen av Wheatstone Bridge för att mäta icke-elektriska mängder

Wheatstone Bridge är en elektrisk krets utformad för att mäta storleken på det elektriska motståndet. Detta schema föreslogs först av den brittiska fysikern Samuel Christie 1833 och 1843 förbättrades det av uppfinnaren Charles Wheatstone. Funktionsprincipen för detta schema liknar verkan av mekaniska apotekskalor, men det är inte krafterna som utjämnas här, utan de elektriska potentialerna.

Wheatstone-bryggkretsen innehåller två grenar, vars potential de mellersta terminalerna (D och B) utjämnas under mätprocessen. En av bronens grenar inkluderar ett motstånd Rx, vars motståndsvärde måste bestämmas.

Den motsatta grenen innehåller en reostat R2 - justerbar motstånd. Mellan grenarnas mittersta slutsatser är G-indikatorn på, som kan vara en galvanometer, en voltmeter, en nollindikator eller en ammeter.

Under mätprocessen ändras reostatens motstånd gradvis tills indikatorn visar noll. Detta betyder att potentialen för mittpunkterna på bron mellan vilken den är ansluten är lika med varandra, och potentialskillnaden mellan dem är noll.

När indikatorns pil (galvanometer) avviks till en eller annan sida från noll, betyder det att ström flyter genom den och därför är bron ännu inte i balans. Om indikatorn är exakt noll är bron balanserad.

Uppenbarligen, om förhållandet mellan övre och nedre motstånd i den vänstra axeln på bron är lika med förhållandet mellan motståndet på den högra axeln på bron, inträffar balansen (eller jämvikt) på bron helt enkelt på grund av nollpotentialskillnaden mellan terminalerna på galvanometern.

Och om värdena för de tre bryggmotstånden (inklusive reostatens strömmotstånd) först mäts med ett tillräckligt litet fel, kommer det önskade motståndet Rx att hittas med tillräckligt hög noggrannhet. Det tros att galvanometerns motstånd kan försummas.

Wheatstone-bron är i huvudsak universell och är tillämpbar inte bara för att mäta motståndets motstånd utan också för att hitta en mängd olika icke-elektriska parametrar är det tillräckligt att sensorn själv är icke-elektriskt värde var resistiv.

Sedan kan sensorelementets motstånd, som ändras under en icke-elektrisk effekt på det, mätas med Wheatstone-bryggkretsen, och motsvarande icke-elektrisk mängd kan således hittas med ett litet fel.

Således kan man hitta värdet på värdet: mekanisk deformation (töjningsmätare), temperatur, belysning, värmeledningsförmåga, värmekapacitet, fuktighet och till och med ämnets sammansättning.

Wheatstone brobaserade mätinstrument tar vanligtvis avläsningar från en brovia analog till digital omvandlareansluten till en digital databehandlingsenhet, till exempel en mikrokontroller med ett inbyggt program som utför linjärisering (ersätter icke-linjär data med ungefärliga linjära), skala och konvertera den mottagna informationen till ett numeriskt värde för den uppmätta icke-elektriska mängden i lämpliga enheter, liksom felkorrigering och utmatning i en läsbar digital a.

Till exempel fungerar golvskalor ungefär efter denna princip. Dessutom kan harmonisk analys osv. Omedelbart utföras med mjukvarumetoder.

De så kallade spänningsmätare (resistiva sensorer för mekanisk påkänning) används i elektroniska vågar, i dynamometrar, manometrar, torsiometrar och tensometrar.

Spänningsmätaren är helt enkelt limmad på den deformerbara delen, ingår i bron på axeln, medan spänningen i bryggans diagonal kommer att stå i proportion till den mekaniska påkänningen som sensorn svarar på - dess motstånd förändras.

Med broens obalans ska du mäta storleken på denna obalans och hitta till exempel kroppens vikt. Sensorn kan förresten också vara piezoelektrisk om snabb eller dynamisk deformation mäts.

När det är nödvändigt att mäta temperaturen används resistiva sensorer, vars motstånd förändras tillsammans med temperaturen på den undersökta kroppen eller mediet. Sensorn kanske inte ens kommer i kontakt med kroppen, men uppfattar termisk strålning, som sker i bolometriska pyrometrar.

Funktionsprincipen för en bolometrisk pyrometer är baserad på en förändring i det elektriska motståndet hos ett termosensitivt element på grund av dess uppvärmning under påverkan av ett absorberat flöde av elektromagnetisk energi. En tunn platina platta, svärtad för bättre absorption av strålning, värms snabbt upp på grund av dess lilla tjocklek under påverkan av strålning och dess motstånd ökar.

På liknande sätt fungerar resistanstermometrar med en positiv temperaturkoefficient och termistorer med en negativ temperaturskoefficient baserad på halvledare.

När temperaturen ändras indirekt är det möjligt att mäta värmeledningsförmåga, värmekapacitet, flödeshastighet för en vätska eller gas, koncentration av komponenter i en gasblandning, etc. Indirekta mätningar av denna typ används i gaskromatografi och i termokatalytiska sensorer.

Fotoresistorer ändrar deras motstånd under påverkan av belysning, och specialiserade resistiva sensorer används för att mäta flödet av joniserande strålning.

Hur man använder fotoresistorer, fotodioder och fototransistorer

Analoga sensorer: applikation, anslutningsmetoder till regulatorn

Ansluter analoga sensorer till Arduino, lässensorer

Mätning av temperatur och luftfuktighet på Arduino - ett urval av metoder

Hur är enheter för att mäta motstånd anordnade och fungera