Elektrikli olmayan miktarları ölçmek için Wheatstone köprüsünün kullanımı

Wheatstone Bridge, elektrik direncinin büyüklüğünü ölçmek için tasarlanmış bir elektrik devresidir. Bu şema ilk olarak 1833'te İngiliz fizikçi Samuel Christie tarafından önerildi ve 1843'te mucit Charles Wheatstone tarafından geliştirildi. Bu şemanın çalışma prensibi, mekanik eczane ölçeklerinin etkisine benzer, ancak burada eşitlenen güçler değil, elektrik potansiyelleri.

Wheatstone köprü devresi, orta terminallerin (D ve B) potansiyelleri ölçüm işlemi sırasında eşitlenmiş iki dal içerir. Köprünün dallarından biri, direnç değeri belirlenmesi gereken bir direnç Rx içerir.

Karşı dal reostat R2 - ayarlanabilir direnç içerir. Dalların orta sonuçları arasında, bir galvanometre, bir voltmetre, sıfır göstergesi veya bir ampermetre olabilecek G göstergesi yanar.

Ölçüm işlemi sırasında, reostaın direnci, gösterge sıfır gösterene kadar yavaş yavaş değiştirilir. Bu, aralarında bağlandığı köprünün orta noktalarının potansiyellerinin birbirine eşit olduğu ve aralarındaki potansiyel farkının sıfır olduğu anlamına gelir.

Göstergenin oku (galvanometre) bir taraftan veya diğerinden sıfırdan saptığında, akım içinden akar ve bu nedenle köprü henüz dengede değildir. Gösterge tamamen sıfırsa, köprü dengelenir.

Açıkçası, köprünün sol omzundaki üst ve alt dirençlerin oranı köprünün sağ omzunun dirençlerinin oranına eşitse, köprünün dengesi (veya dengesi) sadece galvanometrenin terminalleri arasındaki sıfır potansiyel fark nedeniyle oluşur.

Ve üç köprü direncinin değerleri (reostatın akım direnci dahil) ilk önce yeterince küçük bir hata ile ölçülürse, istenen direnç Rx yeterince yüksek doğrulukta bulunacaktır. Galvanometrenin direncinin ihmal edilebileceğine inanılmaktadır.

Wheatstone köprüsü aslında evrenseldir ve sadece dirençlerin dirençlerini ölçmek için değil, aynı zamanda çeşitli elektriksel olmayan parametreleri bulmak için, elektriksiz büyüklük sensörünün kendisinin dirençli olması yeterlidir.

Daha sonra, üzerinde elektrik olmayan bir etki altında değişen sensör elemanının direnci, Wheatstone köprü devresi kullanılarak ölçülebilir ve böylece karşılık gelen elektrik dışı miktar, küçük bir hata ile bulunabilir.

Böylece, değerin değerini bulabilirsiniz: mekanik deformasyon (gerinim ölçerler), sıcaklık, aydınlatma, termal iletkenlik, ısı kapasitesi, nem ve hatta maddenin bileşimi.

Wheatstone köprüsü tabanlı ölçüm cihazları genellikle bir köprüden okuma alıranalogdan dijitale dönüştürücü aracılığıyladoğrusallaştırmayı gerçekleştiren yerleşik bir programa sahip bir mikrodenetleyici (doğrusal olmayan verileri yaklaşık doğrusal verilerle değiştirme), alınan verileri ölçeklendirme ve uygun birimlerde ölçülen elektrik dışı miktarın sayısal bir değerine dönüştürme ve okunabilir bir dijitalde hata değerine dönüştürme a.

Örneğin, zemin terazileri kabaca bu prensip üzerinde çalışır. Ek olarak, harmonik analiz, vb., Yazılım yöntemleri ile hemen gerçekleştirilebilir.

Gerinim ölçerler (dirençli mekanik stres sensörleri) elektronik ölçeklerde, dinamometrelerde, manometrelerde, torsiyometrelerde ve tensometrelerde kullanılır.

Gerinim ölçer basitçe deforme olabilen parça üzerine yapıştırılır, köprünün omzuna dahil edilirken, köprünün diyagonalindeki voltaj sensörün tepki verdiği mekanik stresle orantılı olacaktır - direnci değişir.

Köprünün dengesizliği ile, bu dengesizliğin büyüklüğünü ölçün ve böylece örneğin bir vücudun ağırlığını bulun. Bu arada sensör, hızlı veya dinamik deformasyon ölçülürse piezoelektrik olabilir.

Sıcaklığın ölçülmesi gerektiğinde, direnci incelenen vücudun veya ortamın sıcaklığına göre değişen direnç sensörleri kullanılır. Sensör vücuda bile temas etmeyebilir, aksine bolometrik pirometrelerde olduğu gibi termal radyasyonu algılar.

Bir bolometrik pirometrenin çalışma prensibi, soğurulmuş bir elektromanyetik enerji akışının etkisi altında ısınması nedeniyle termosensitif bir elemanın elektrik direncindeki bir değişikliğe dayanır. Radyasyonun daha iyi emilmesi için karartılmış ince bir platin plakası, radyasyonun etkisi altındaki küçük kalınlığı nedeniyle hızla ısınır ve direnci artar.

Benzer şekilde, pozitif sıcaklık katsayılı direnç termometreleri ve yarı iletkenlere dayalı negatif sıcaklık katsayılı termistörler çalışır.

Sıcaklık dolaylı olarak değiştirildiğinde, termal iletkenliği, ısı kapasitesini, bir sıvının veya gazın akış hızını, bir gaz karışımının bileşenlerinin konsantrasyonunu, vb. Ölçmek mümkündür. Bu tür dolaylı ölçümler gaz kromatografisinde ve termokatalitik sensörlerde kullanılır.

Fotodirençler aydınlatmanın etkisi altında dirençlerini değiştirir ve iyonlaştırıcı radyasyon akışını ölçmek için özel direnç sensörleri kullanılır.

Fotodirençlerin, fotodiyotların ve fototransistörlerin kullanımı

Analog sensörler: uygulama, kontrolöre bağlantı yöntemleri

Analog sensörleri Arduino ya bağlama, sensörleri okuma

Arduino'da sıcaklık ve nemi ölçme - çeşitli yollar

Direnci ölçen cihazlar nasıl düzenlenir ve çalışır?