Bruken av Wheatstone Bridge for måling av ikke-elektriske mengder

Wheatstone Bridge er en elektrisk krets designet for å måle størrelsen på elektrisk motstand. Denne ordningen ble først foreslått av den britiske fysikeren Samuel Christie i 1833, og i 1843 ble den forbedret av oppfinneren Charles Wheatstone. Prinsippet for drift av denne ordningen ligner på virkningen av mekaniske farmasøyteskalaer, men det er ikke kreftene som utjevnes her, men de elektriske potensialene.

Wheatstone bridge-kretsen inneholder to grener, potensialene til de midterste terminalene (D og B) blir utjevnet under målingsprosessen. En av broens grener inkluderer en motstand Rx, hvis motstandsverdi må bestemmes.

Den motsatte grenen inneholder en reostat R2 - justerbar motstand. Mellom de midterste konklusjonene av grenene er G-indikatoren på, som kan være et galvanometer, et voltmeter, en nullindikator eller et ammeter.

Under måleprosessen endres reostatens motstand gradvis til indikatoren viser null. Dette betyr at potensialene til midtpunktene til broen som den er koblet mellom er lik hverandre, og potensialforskjellen mellom dem er null.

Når pilen til indikatoren (galvanometer) er avviket til den ene eller den andre siden fra null, betyr dette at strøm flyter gjennom den, og derfor er broen ennå ikke i balanse. Hvis indikatoren er nøyaktig null, er broen balansert.

Hvis forholdet mellom øvre og nedre motstand i venstre skulder på broen er lik forholdet mellom motstandene på broens høyre skulder, oppstår balansen (eller likevekten) til broen ganske enkelt på grunn av nullpotensialforskjellen mellom terminalene til galvanometeret.

Og hvis verdiene for de tre bromotstandene (inkludert strømmotstanden til reostat) først måles med en tilstrekkelig liten feil, vil den ønskede motstand Rx bli funnet med tilstrekkelig høy nøyaktighet. Det antas at galvanometerets motstand kan forsømmes.

Wheatstone-broen er hovedsakelig universell og kan ikke bare brukes til å måle motstandenes motstander, men også for å finne en rekke ikke-elektriske parametere, er det nok at sensoren i seg selv er ikke-elektrisk verdi var resistiv.

Deretter kan motstanden til sensorelementet, som endrer seg under en ikke-elektrisk effekt på det, måles ved hjelp av Wheatstone bridge-kretsen, og den tilsvarende ikke-elektriske mengden kan dermed bli funnet med en liten feil.

Dermed kan man finne verdien av verdien: mekanisk deformasjon (strekkmålere), temperatur, belysning, varmeledningsevne, varmekapasitet, fuktighet og til og med stoffets sammensetning.

Wheatstone brobaserte måleinstrumenter tar vanligvis avlesninger fra en brovia analog til digital omformerkoblet til en digital databehandlingsenhet, for eksempel en mikrokontroller med et innebygd program som utfører linearisering (erstatning av ikke-lineære data med omtrentlige lineære), skalering og konvertering av mottatte data til en numerisk verdi av den målte ikke-elektriske mengden i passende enheter, samt feilretting og utdata i en lesbar digital a.

For eksempel fungerer gulvskala omtrent på dette prinsippet. I tillegg kan harmonisk analyse utføres med en gang ved bruk av programvaremetoder, etc.

De såkalte strekkmålere (resistive sensorer for mekanisk belastning) brukes i elektroniske skalaer, i dynamometre, manometre, torsiometre og tensometers.

Strekkmåleren er ganske enkelt limt på den deformerbare delen, er inkludert i skulderens skulder, mens spenningen i broens diagonal vil være proporsjonal med den mekaniske belastningen som sensoren reagerer på - dens motstand endres.

Mål størrelsen på denne ubalansen med broens ubalanse, og finn for eksempel vekten til et legeme. Sensoren kan forresten også være piezoelektrisk hvis det blir målt rask eller dynamisk deformasjon.

Når det er nødvendig å måle temperaturen, brukes resistive sensorer, hvis motstand endres med temperaturen på kroppen eller mediet som studeres. Sensoren kommer kanskje ikke en gang i kontakt med kroppen, men oppfatter termisk stråling, slik som forekommer i bolometriske pyrometre.

Prinsippet for drift av et bolometrisk pyrometer er basert på en endring i den elektriske motstanden til et termosensitivt element på grunn av dets oppvarming under påvirkning av en absorbert strøm av elektromagnetisk energi. En tynn plate av platina, svertet for bedre opptak av stråling, varmes raskt opp på grunn av den lille tykkelsen under påvirkning av stråling og dens motstand øker.

På samme måte fungerer motstandtermometre med en positiv temperaturkoeffisient og termistorer med en negativ temperaturkoeffisient basert på halvledere.

Når temperaturen endres indirekte, kan man måle den termiske ledningsevne, varmekapasitet, strømningshastighet for væsken eller gassen, konsentrasjonen av komponentene i gassblandingen, etc. Indirekte målinger av denne typen brukes i gasskromatografi og i termokatalytiske sensorer.

Fotoresistorer endrer motstand under påvirkning av belysning, og spesialiserte resistive sensorer brukes til å måle strømmen av ioniserende stråling.

Hvordan bruke fotoresistorer, fotodioder og fototransistorer

Analoge sensorer: anvendelse, tilkoblingsmetoder til kontrolleren

Koble analoge sensorer til Arduino, lese sensorer

Måling av temperatur og fuktighet på Arduino - et utvalg av metoder

Hvordan ordnes og fungerer enheter for måling av motstand