Mostek pomiarowy Wheatstone'a i jego zastosowanie

Jeden z najpopularniejszych obwody mostkowe, nadal używany w przyrządach pomiarowych i laboratoriach elektrycznych, to mostek pomiarowy Wheatstone'a, nazwany na cześć angielskiego wynalazcy Charlesa Wheatstone'a, który już w 1843 roku zaproponował ten schemat pomiaru rezystancji.

Mostek pomiarowy Wheatstone'a jest zasadniczo elektrycznym odpowiednikiem wagi farmaceutycznej, ponieważ tutaj zastosowano podobną metodę pomiaru kompensacyjnego.

Zasada działania mostka pomiarowego polega na wyrównaniu potencjałów zacisków środkowych dwóch gałęzi rezystorów połączonych równolegle, każda gałąź ma dwa rezystory. W jednej z gałęzi znajduje się rezystor, którego wartość chcesz poznać, aw drugiej rezystor z regulowaną rezystancją (reostat lub potencjometr).

Płynnie zmieniając wartość rezystancji regulowanego rezystora, uzyskuje się odczyt zerowy na skali galwanometru zawartej na przekątnej między punktami środkowymi dwóch wspomnianych gałęzi.W warunkach, w których galwanometr wskazuje zero, potencjały punktów środkowych będą równe, a zatem pożądaną rezystancję można łatwo obliczyć.

Oczywiste jest, że oprócz rezystorów i galwanometru obwód musi mieć zasilanie dla mostka, na rysunku jest to pokazane jako ogniwo galwaniczne E. Prąd płynie od dodatniego do ujemnego, dzieląc się między dwiema gałęziami w odwrotnie proporcjonalnie do ich oporów.

Jeżeli górny i dolny rezystor w ramieniu mostka są takie same w parach, to znaczy gdy ramiona są dokładnie takie same, nie ma powodu, aby prąd pojawiał się po przekątnej, ponieważ różnica potencjałów między punktami połączenia galwanometru wynosi zero. W tym przypadku mówi się, że most jest zrównoważony lub zrównoważony.

Jeżeli górne rezystory są takie same, a dolne rezystory nie, prąd będzie płynął po przekątnej, od ramienia o większym oporze do ramienia o niższym oporze, a wskazówka galwanometru odchyli się w odpowiednim kierunku.

Jeśli więc potencjały punktów, do których podłączony jest galwanometr, są równe, to stosunki wartości górnego i dolnego rezystora w ramionach będą sobie równe. Zrównując więc te relacje, otrzymujemy równanie z jedną niewiadomą. Rezystancje R1, R2 i R3 należy najpierw zmierzyć z dużą dokładnością, wtedy dokładność znalezienia rezystora Rx (R4) będzie duża.

Obwód mostka Wheatstone'a jest często używany do pomiaru temperatury, gdy włącza się jedna z gałęzi mostka termometr oporowy jako nieznany rezystor.W każdym razie, im większa różnica rezystancji w gałęziach, tym większy będzie prąd płynący przez przekątną, a gdy zmieni się rezystancja, zmieni się również prąd ukośny.

Ta właściwość mostka Wheatstone'a jest tak ceniona przez tych, którzy rozwiązują problemy kontrolne i pomiarowe oraz opracowują schematy sterowania i automatyki. Najmniejsza zmiana rezystancji w jednej z gałęzi powoduje zmianę prądu płynącego przez mostek i ta zmiana jest rejestrowana. Zamiast galwanometru na przekątnej mostka można umieścić amperomierz lub woltomierz, w zależności od konkretnego obwodu i celu badania.

Generalnie za pomocą mostka Wheatstone'a można mierzyć różne wielkości: odkształcenia sprężyste, oświetlenie, wilgotność, pojemność cieplną itp. Wystarczy tylko włączyć do obwodu odpowiedni czujnik zamiast mierzonego rezystora, którego czuły element będzie możliwość zmiany rezystancji jest zgodna ze zmianą wartości mierzonej, nawet jeśli nie jest to zmiana elektryczna. Zwykle w takich przypadkach podłączany jest mostek Wheatstone'a przez ADCi dalsze przetwarzanie sygnału, wyświetlanie informacji na wyświetlaczu, działania na podstawie otrzymanych danych — wszystko to pozostaje kwestią technologii.