Brugen af ​​Wheatstone-broen til måling af ikke-elektriske mængder

Wheatstone Bridge er et elektrisk kredsløb designet til at måle størrelsen af ​​den elektriske modstand. Denne ordning blev først foreslået af den britiske fysiker Samuel Christie i 1833, og i 1843 blev den forbedret af opfinderen Charles Wheatstone. Funktionsprincippet for dette skema svarer til virkningen af ​​mekaniske farmaceutiske skalaer, men det er ikke kræfterne, der udlignes her, men de elektriske potentialer.

Wheatstone-brokredsløbet indeholder to grene, hvis potentiale i de midterste terminaler (D og B) udlignes under måleprocessen. En af broens grene inkluderer en modstand Rx, hvis modstandsværdi skal bestemmes.

Den modsatte gren indeholder en rheostat R2 - justerbar modstand. Mellem de midterste konklusioner af grenene er G-indikatoren tændt, som kan være et galvanometer, et voltmeter, en nulindikator eller et ammeter.

Under måleprocessen ændres reostatens modstand gradvist, indtil indikatoren viser nul. Dette betyder, at potentialerne i midtpunkterne af broen, mellem hvilken den er forbundet, er ens med hinanden, og potentialeforskellen mellem dem er nul.

Når pilen til indikatoren (galvanometer) afviges til den ene eller den anden side fra nul, betyder det, at strøm flyder gennem den, og derfor er broen endnu ikke i balance. Hvis indikatoren er nøjagtigt nul, er broen afbalanceret.

Selvfølgelig, hvis forholdet mellem den øverste og nedre modstand i broens venstre skulder er lig med forholdet mellem modstanderne på broens højre skulder, forekommer balancen (eller ligevægten) på broen simpelthen på grund af nulpotentialforskellen mellem terminalerne på galvanometeret.

Og hvis værdierne for de tre bromodstande (inklusive rheostatens aktuelle modstand) først måles med en tilstrækkelig lille fejl, vil den ønskede modstand Rx blive fundet med tilstrækkelig høj nøjagtighed. Det antages, at galvanometers modstand kan forsømmes.

Wheatstone-broen er i det væsentlige universel og gælder ikke kun til måling af modstandsmodstande, men også for at finde en række ikke-elektriske parametre er det nok, at selve den ikke-elektriske størrelsesføler er resistiv.

Derefter kan sensorelementets modstand, der skifter under en ikke-elektrisk virkning på det, måles ved hjælp af Wheatstone-brokredsløbet, og den tilsvarende ikke-elektriske mængde kan således findes med en lille fejl.

Således kan man finde værdien af ​​værdien: mekanisk deformation (belastningsmålere), temperatur, belysning, varmeledningsevne, varmekapacitet, fugtighed og endda stoffets sammensætning.

Wheatstone brobaserede måleinstrumenter tager typisk aflæsninger fra en brovia analog til digital konverterforbundet til en digital computerenhed, såsom en mikrocontroller med et indbygget program, der udfører linearisering (udskiftning af ikke-lineære data med omtrentlige lineære), skalering og konvertering af de modtagne data til en numerisk værdi af den målte ikke-elektriske mængde i passende enheder, samt fejlkorrektion og output i en læsbar digital a.

For eksempel arbejder gulvskala groft på dette princip. Derudover kan harmonisk analyse udføres med det samme ved hjælp af softwaremetoder osv.

De såkaldte belastningsmåler (resistive sensorer af mekanisk belastning) bruges i elektroniske skalaer, i dynamometre, manometre, torsiometre og tensometre.

Spændingsmåleren er simpelthen limet på den deformerbare del, indgår i broens skulder, mens spændingen i broens diagonal vil være proportional med den mekaniske belastning, som sensoren reagerer på - dens modstand ændres.

Mål størrelsen på denne ubalance med broens ubalance og find således for eksempel kroppens vægt. Sensoren kan forresten også være piezoelektrisk, hvis der måles hurtig eller dynamisk deformation.

Når det er nødvendigt at måle temperaturen, anvendes resistive sensorer, hvis modstand varierer med temperaturen på kroppen eller mediet, der undersøges. Sensoren kommer måske ikke engang i kontakt med kroppen, men opfatter snarere termisk stråling, som forekommer i bolometriske pyrometre.

Prinsippet for driften af ​​et bolometrisk pyrometer er baseret på en ændring i den elektriske modstand for et termosensitivt element på grund af dets opvarmning under påvirkning af en absorberet strøm af elektromagnetisk energi. En tynd plade af platin, sorte for bedre absorption af stråling, opvarmes hurtigt på grund af dens lille tykkelse under påvirkning af stråling og dens modstand øges.

På lignende måde fungerer modstandstermometre med en positiv temperaturkoefficient og termistorer med en negativ temperaturkoefficient baseret på halvledere.

Når temperaturen ændres indirekte, er det muligt at måle den termiske ledningsevne, varmekapacitet, strømningshastighed for væsken eller gassen, koncentrationen af ​​komponenterne i gasblandingen osv. Indirekte målinger af denne art bruges i gaskromatografi og i termokatalytiske sensorer.

Fotoresistorer ændrer deres modstand under påvirkning af belysning, og specialiserede resistive sensorer bruges til at måle strømmen af ​​ioniserende stråling.

Sådan bruges fotoresistorer, fotodioder og fototransistorer

Analoge sensorer: anvendelse, forbindelsesmetoder til controller

Tilslutning af analoge sensorer til Arduino, læssensorer

Måling af temperatur og fugtighed på Arduino - et udvalg af måder

Hvordan arrangeres og fungerer apparater til måling af modstand