Wheatstone målebro og dens anvendelse
En af de mest populære bro kredsløb, der stadig bruges i dag i måleinstrumenter og i elektriske laboratorier, er Wheatstone-målebroen, opkaldt efter den engelske opfinder Charles Wheatstone, som foreslog denne ordning til måling af modstand allerede i 1843.
Wheatstone-målebroen er i det væsentlige en elektrisk analog til den farmaceutiske strålebalance, da en lignende metode til kompensationsmåling anvendes her.
Funktionsprincippet for målebroen er baseret på udligning af potentialerne for de midterste terminaler af to modstandsgrene forbundet parallelt, hver gren har to modstande. Som en del af en af grenene medfølger en modstand, hvis værdi du vil vide, og i den anden - en modstand med justerbar modstand (reostat eller potentiometer).
Ved jævnt at variere modstandsværdien af den justerbare modstand opnås en nul-aflæsning på skalaen af galvanometeret, der indgår i diagonalen mellem midtpunkterne af de to nævnte grene.Under forhold, hvor galvanometeret viser nul, vil potentialerne for midtpunkterne være ens, og derfor kan den ønskede modstand let beregnes.
Det er tydeligt, at kredsløbet udover modstande og galvanometer skal have forsyning til broen, på figuren er det vist som galvanisk celle E. Strømmen går fra positiv til negativ, mens den deler sig mellem de to grene i omvendt proportional med deres modstande.
Hvis de øvre og nedre modstande i broens arm er ens parvis, det vil sige når armene er nøjagtig ens, er der ingen grund til, at strømmen optræder på tværs af diagonalen, da potentialforskellen mellem forbindelsespunkterne af galvanometeret er nul. I dette tilfælde siges broen at være afbalanceret eller afbalanceret.
Hvis de øvre modstande er de samme, og de nedre modstande ikke er, vil strømmen flyde diagonalt fra armen med højere modstand til armen med lavere modstand, og galvanometerets nål vil afbøjes i den passende retning.
Så hvis potentialerne for de punkter, som galvanometret er forbundet til, er ens, vil forholdet mellem værdierne af de øvre og nedre modstande i armene være lig med hinanden. Ved at sidestille disse relationer får vi således en ligning med en ukendt. Modstandene R1, R2 og R3 skal måles med høj nøjagtighed indledningsvis, derefter vil nøjagtigheden af at finde modstanden Rx (R4) være høj.
Wheatstone-brokredsløbet bruges ofte til at måle temperatur, når en af brogrenene tændes modstandstermometer som en ukendt modstand.Under alle omstændigheder vil strømmen gennem diagonalen være, jo større forskellen er i modstanden i grenene, og når modstanden ændres, ændres diagonalstrømmen også.
Denne egenskab ved Wheatstone-broen er så værdsat af dem, der løser kontrol- og måleproblemer og udvikler kontrol- og automatiseringsordninger. Den mindste ændring i modstanden i en af grenene forårsager en ændring i strømmen gennem broen, og denne ændring registreres. I stedet for et galvanometer kan et amperemeter eller voltmeter inkluderes i broens diagonal, afhængigt af det særlige kredsløb og formålet med undersøgelsen.
Generelt kan du ved hjælp af Wheatstone-broen måle forskellige mængder: elastisk deformation, belysning, fugtighed, varmekapacitet osv. Det er nok bare at inkludere den tilsvarende sensor i kredsløbet i stedet for den målte modstand, hvis følsomme element vil være i stand til at ændre modstanden stemmer overens med ændringen i målt værdi, selvom den ikke er elektrisk. Normalt i sådanne tilfælde er en Wheatstone-bro forbundet gennem ADC, og yderligere behandling af signalet, visning af information på displayet, handlinger baseret på de modtagne data - alt dette forbliver et spørgsmål om teknologi.