«Серце науки - це вимірювання», і для вимірювання мостові схеми використовуються для пошуку всіх видів електричних та електронних параметрів. Ми вивчили кілька мостів в галузі електричних та електронних вимірювань та приладобудування. У таблиці нижче наведені різні мости з їх використанням:
| S.No. | Назва мосту | Параметр, який слід визначити |
| 1. | Пшеничний камінь | виміряти невідомий опір |
| 2. | Андерсон | виміряти самоіндуктивність котушки |
| 3. | Де-соти | вимірювання дуже малого значення ємності |
| 4. | Максвелл | виміряти невідому індуктивність |
| 5. | Кельвін | використовується для вимірювання невідомих електричних резисторів нижче 1 Ом. |
| 6. | Вайн | вимірювання ємності з точки зору опору та частоти |
| 7. | Сіно | вимірювання невідомої індуктивності великого значення |
Тут ми поговоримо про міст Уітстона, який використовується для вимірювання невідомого опору. Цифровий мультиметр, який сьогодні використовується, допомагає виміряти опір простим способом. Але перевага мосту Уітстона над цим полягає у забезпеченні вимірювання дуже низьких значень опору в діапазоні міліом.
Міст Уїтстоун
Семюель Хантер Крісті винайшов міст Уітстоун у 1833 році, і цей міст був вдосконалений та популяризований сером Чарльзом Уїтстоуном у 1843 році. Міст Уїтстоун є з'єднанням чотирьох опорів, що утворюють міст. Чотири опору в ланцюзі називаються кронштейнами мосту. Міст використовується для пошуку значення невідомого опору, з'єднаного з двома відомими резисторами, одним змінним резистором і гальванометром. Щоб знайти значення невідомого опору, відхилення на гальванометрі дорівнює нулю, регулюючи змінний резистор. Ця точка відома як точка балансу мосту Уітстона.
Виведення
Як ми бачимо на малюнку, R1 і R2 є відомими резисторами. R3 - змінний резистор, а Rx - невідомий опір. Міст підключений до джерела постійного струму (акумулятора).
Тепер, якщо Міст знаходиться в збалансованому стані, то через гальванометр не повинно протікати струм, і той самий струм I1 буде проходити через R1 і R2. Те саме стосується R3 і Rx, означає, що струм потоку (I2) наскрізних R3 і Rx залишатиметься однаковим. Отже, нижче наведені розрахунки для з’ясування невідомого значення опору, коли міст знаходиться в збалансованому стані (відсутність потоку струму між точками С і D).
V = IR (за законом Ома) VR1 = I1 * R1… рівняння (1) VR2 = I1 * R2… рівняння (2) VR3 = I2 * R3… рівняння (3) VRx = I2 * Rx… рівняння (4)
Падіння напруги на R1 і R3 однакове, а падіння напруги на R2 і R4 також однакове в умовах збалансованого мосту.
I1 * R1 = I2 * R3… рівняння (5) I1 * R2 = I2 * Rx… рівняння (6)
Про ділення рівняння (5) та рівняння (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Отже, звідси ми отримуємо значення Rx, яке є нашим невідомим опором, а отже, ось як міст Уітстона допомагає у вимірі невідомого опору.
Операція
Практично змінний опір регулюється до тих пір, поки значення струму через гальванометр не стане нулем. На той момент міст називають збалансованим мостом Уїтстоуна. Отримання нульового струму через гальванометр дає високу точність, оскільки незначна зміна змінного опору може порушити стан рівноваги.
Як показано на малюнку, в мосту R1, R2, R3 і Rx є чотири опори. Де R1 і R2 - невідомий резистор, R3 - змінний опір, а Rx - невідомий опір. Якщо співвідношення відомих резисторів дорівнює відношенню відрегульованого змінного опору та невідомого опору, в такому стані струм не буде протікати через гальванометр.
У збалансованому стані,
R1 / R2 = R3 / Rx
Зараз, на даний момент ми маємо значення R1 , R2 та R3, тому легко знайти значення Rx за наведеною вище формулою.
З наведеної умови, Rx = R2 * R3 / R1
Отже, значення невідомого опору обчислюється за цією формулою, враховуючи, що струм через Гальванометр дорівнює Нулю.
Отже, нам потрібно відрегулювати потенціометр до точки, коли напруга на С і D буде рівною, в такому стані струм через точки С і D буде дорівнювати нулю, а показник Гальванометра буде нульовим, у цьому конкретному положенні буде викликаний міст Уїтстона Збалансований стан. Ця повна операція пояснюється у відео, поданому нижче:
Приклад
Давайте візьмемо приклад для розуміння концепції мосту Уітстона, оскільки ми беремо несиметричний міст, щоб розрахувати відповідне значення Rx (невідомий опір) для балансування мосту. Як ми знаємо, якщо різниця падіння напруги в точках C і D дорівнює нулю, тоді міст знаходиться в рівноважному стані.
Відповідно до принципової схеми, Для першої групи АБР, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Поміщаючи значення у наведеній вище формулі, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 вольт
Для другого плеча ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 вольт
Отже, різниця напруг між точкою C і D становить:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 вольт
Якщо різниця падіння напруги на C і D є позитивною або негативною (позитивна чи негативна показує напрямок дисбалансу), це свідчить про те, що міст неврівноважений, і для його балансування нам потрібно інше значення опору при заміні R4.
Значення резистора R4, необхідне для балансування ланцюга, становить:
R4 = (R2 * R3) / R1 (стан балансирного моста) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 Ом
Отже, значення R4, необхідне для врівноваження мосту, дорівнює 720 Ом, тому що якщо міст балансує, різниця падіння напруги на C і D дорівнює нулю, і якщо ви можете використовувати резистор 720 Ом, різниця напруг буде нульовою.
Програми
- В основному використовується для вимірювання дуже низького значення невідомого опору з діапазоном міліом.
- Якщо використовувати варистор із містком Уітстона, ми також можемо визначити значення деяких параметрів, таких як ємність, індуктивність та імпеданс.
- Використовуючи міст Уітстона з операційним підсилювачем, він допомагає вимірювати різні параметри, такі як температура, деформація, світло тощо.