Wheatstone mérőhíd és használata
Az egyik legnépszerűbb híd áramkörökA mérőműszerekben és elektromos laboratóriumokban ma is használatos Wheatstone mérőhíd, Charles Wheatstone angol feltalálóról nevezték el, aki már 1843-ban javasolta ezt a sémát az ellenállás mérésére.
A Wheatstone mérőhíd lényegében a gyógyszerészeti sugármérleg elektromos analógja, mivel itt is hasonló kompenzációs mérési módszert alkalmaznak.
A mérőhíd működési elve két párhuzamosan kapcsolt ellenállás ág középső kivezetéseinek potenciálkiegyenlítésén alapul, mindegyik ágon két ellenállás van. Az egyik ág részeként egy ellenállást tartalmaz, amelynek értékét tudni szeretné, a másikban pedig egy állítható ellenállású ellenállást (reosztát vagy potenciométer).
Az állítható ellenállás ellenállásértékének zökkenőmentes változtatásával nulla leolvasást kapunk a galvanométer skáláján, amely az említett két ág felezőpontja közötti átlóban van.Olyan körülmények között, ahol a galvanométer nullát mutat, a felezőpontok potenciáljai egyenlőek lesznek, így a kívánt ellenállás könnyen kiszámítható.
Jól látható, hogy az áramkörnek az ellenállásokon és a galvanométeren kívül a híd tápellátása is kell, hogy legyen, az ábrán E galvanikus cellaként látható. Az áram pozitívból a negatívba folyik, miközben a két ág között megoszlik. ellenállásukkal fordított arányban.
Ha a híd karjában a felső és az alsó ellenállás páronként megegyezik, vagyis amikor a karok pontosan megegyeznek, akkor nincs oka annak, hogy az áram átlósan jelenjen meg, mivel a csatlakozási pontok közötti potenciálkülönbség a galvanométer értéke nulla. Ebben az esetben a hídról azt mondják, hogy kiegyensúlyozott vagy kiegyensúlyozott.
Ha a felső ellenállások azonosak és az alsó ellenállások nem, akkor az áram átlósan folyik, a nagyobb ellenállású karról a kisebb ellenállású karra, és a galvanométer tűje a megfelelő irányban eltérül.
Tehát, ha azoknak a pontoknak a potenciálja, amelyekhez a galvanométer csatlakozik, egyenlő, akkor a felső és alsó ellenállások értékeinek aránya a karokban egyenlő lesz. Így ezeket az összefüggéseket egyenlővé téve egy egyenletet kapunk egy ismeretlennel. Az R1, R2 és R3 ellenállásokat kezdetben nagy pontossággal kell mérni, majd az Rx (R4) ellenállás megtalálásának pontossága nagy lesz.
A Wheatstone hídáramkört gyakran használják a hőmérséklet mérésére, amikor az egyik hídág bekapcsol ellenállás hőmérő mint egy ismeretlen ellenállás.Mindenesetre minél nagyobb az ellenállások különbsége az ágakban, annál nagyobb lesz az átlón átmenő áram, és az ellenállás megváltozásakor az átlós áram is megváltozik.
A Wheatstone-híd ezen tulajdonságát nagyra értékelik azok, akik vezérlési és mérési problémákat oldanak meg, valamint vezérlési és automatizálási sémákat fejlesztenek. Az ellenállás legkisebb változása az egyik ágban változást okoz a hídon áthaladó áramban, és ezt a változást rögzítjük. A híd átlójában galvanométer helyett ampermérő vagy voltmérő is szerepelhet, az adott áramkörtől és a vizsgálat céljától függően.
Általánosságban elmondható, hogy a Wheatstone-híd segítségével különféle mennyiségeket mérhet: rugalmas alakváltozás, megvilágítás, páratartalom, hőkapacitás, stb. elég, ha a mért ellenállás helyett a megfelelő érzékelőt helyezi az áramkörbe, amelynek érzékeny eleme az ellenállás megváltoztatása összhangban van a mért érték változásával, még akkor is, ha az nem elektromos. Általában ilyen esetekben egy Wheatstone-híd kapcsolódik ADC-n keresztül, és a jel további feldolgozása, információk megjelenítése a kijelzőn, a kapott adatokon alapuló műveletek – mindez technológia kérdése.