Wheatstone målebro og bruken av den

En av de mest populære brokretser, som fortsatt brukes i dag i måleinstrumenter og i elektriske laboratorier, er Wheatstone-målebroen, oppkalt etter den engelske oppfinneren Charles Wheatstone, som foreslo dette opplegget for å måle motstand allerede i 1843.

Wheatstone-målebroen er i hovedsak en elektrisk analog til den farmasøytiske strålebalansen, ettersom en lignende metode for kompensasjonsmåling brukes her.

Prinsippet for drift av målebroen er basert på utjevning av potensialene til midtterminalene til to motstandsgrener koblet parallelt, hver gren har to motstander. Som en del av en av grenene er det inkludert en motstand hvis verdi du vil vite, og i den andre - en motstand med justerbar motstand (reostat eller potensiometer).

Ved jevn variasjon av motstandsverdien til den justerbare motstanden oppnås en nullavlesning på skalaen til galvanometeret inkludert i diagonalen mellom midtpunktene til de to nevnte grenene.Under forhold hvor galvanometeret viser null, vil potensialene til midtpunktene være like og derfor kan ønsket motstand lett beregnes.

Det er tydelig at i tillegg til motstander og galvanometer skal kretsen ha tilførsel til broen, i figuren er den vist som galvanisk celle E. Strømmen går fra positiv til negativ, mens den deler seg mellom de to grenene i omvendt proporsjon med deres motstand.

Hvis de øvre og nedre motstandene i broarmen er like parvis, det vil si når armene er nøyaktig like, er det ingen grunn til at strømmen skal vises over diagonalen, siden potensialforskjellen mellom koblingspunktene av galvanometeret er null. I dette tilfellet sies broen å være balansert eller balansert.

Hvis de øvre motstandene er de samme og de nedre motstandene ikke er det, vil strømmen flyte diagonalt, fra armen med høyere motstand til armen med lavere motstand, og nålen til galvanometeret vil avbøyes i riktig retning.

Så hvis potensialene til punktene som galvanometeret er koblet til er like, vil forholdene mellom verdiene til de øvre og nedre motstandene i armene være lik hverandre. Ved å likestille disse relasjonene får vi en ligning med en ukjent. Resistansene R1, R2 og R3 bør måles med høy nøyaktighet innledningsvis, deretter vil nøyaktigheten for å finne motstanden Rx (R4) være høy.

Wheatstone-brokretsen brukes ofte til å måle temperatur når en av brogrenene slår seg på motstandstermometer som en ukjent motstand.Uansett, jo større forskjell i motstand i grenene, jo større vil strømmen gjennom diagonalen være, og når motstanden endres vil også diagonalstrømmen endres.

Denne egenskapen til Wheatstone-broen er så verdsatt av de som løser kontroll- og måleproblemer og utvikler kontroll- og automatiseringsordninger. Den minste endring i motstand i en av grenene gir en endring i strømmen gjennom brua, og denne endringen registreres. I stedet for et galvanometer kan et amperemeter eller voltmeter inkluderes i diagonalen til broen, avhengig av den spesielle kretsen og formålet med studien.

Generelt, ved å bruke Wheatstone-broen, kan du måle forskjellige mengder: elastisk deformasjon, belysning, fuktighet, varmekapasitet, etc. Det er nok bare å inkludere den tilsvarende sensoren i kretsen i stedet for den målte motstanden, hvis følsomme element vil kunne endre motstanden stemmer overens med endringen i målt verdi, selv om den ikke er elektrisk. Vanligvis i slike tilfeller kobles en Wheatstone-bro gjennom ADC, og videre behandling av signalet, visning av informasjon på skjermen, handlinger basert på de mottatte dataene - alt dette forblir et spørsmål om teknologi.