Wheatstone meetbrug en het gebruik ervan

Een van de populairste circuits overbruggen, nog steeds gebruikt in meetinstrumenten en in elektrische laboratoria, is de Wheatstone-meetbrug, genoemd naar de Engelse uitvinder Charles Wheatstone, die dit schema voor het meten van weerstand al in 1843 voorstelde.

De meetbrug van Wheatstone is in wezen een elektrisch analoog van de farmaceutische bundelbalans, aangezien hier een vergelijkbare methode voor compensatiemeting wordt gebruikt.

Het werkingsprincipe van de meetbrug is gebaseerd op de vereffening van de potentialen van de middelste klemmen van twee parallel geschakelde weerstandstakken, elke tak heeft twee weerstanden. Als onderdeel van een van de takken is een weerstand opgenomen waarvan u de waarde wilt weten, en in de andere - een weerstand met een instelbare weerstand (reostaat of potentiometer).

Door de weerstandswaarde van de instelbare weerstand geleidelijk te variëren, wordt een nulwaarde verkregen op de schaal van de galvanometer die zich bevindt in de diagonaal tussen de middelpunten van de twee genoemde takken.In omstandigheden waarin de galvanometer nul aangeeft, zijn de potentialen van de middelpunten gelijk en daarom kan de gewenste weerstand eenvoudig worden berekend.

Het is duidelijk dat naast weerstanden en een galvanometer de schakeling een voeding moet hebben voor de brug, in de figuur is dit weergegeven als galvanische cel E. De stroom vloeit van positief naar negatief, terwijl hij zich verdeelt tussen de twee takken in omgekeerd evenredig met hun weerstanden.

Als de bovenste en onderste weerstanden in de arm van de brug paarsgewijs hetzelfde zijn, dat wil zeggen wanneer de armen exact hetzelfde zijn, is er geen reden voor de stroom om over de diagonaal te verschijnen, aangezien het potentiaalverschil tussen de verbindingspunten van de galvanometer is nul. In dit geval wordt gezegd dat de brug gebalanceerd of gebalanceerd is.

Als de bovenste weerstanden hetzelfde zijn en de onderste weerstanden niet, zal de stroom diagonaal vloeien, van de arm met hogere weerstand naar de arm met lagere weerstand, en zal de naald van de galvanometer in de juiste richting afbuigen.

Dus als de potentialen van de punten waarop de galvanometer is aangesloten gelijk zijn, dan zijn de verhoudingen van de waarden van de bovenste en onderste weerstanden in de armen gelijk aan elkaar. Door deze relaties gelijk te stellen, krijgen we dus een vergelijking met één onbekende. De weerstanden R1, R2 en R3 moeten aanvankelijk met hoge nauwkeurigheid worden gemeten, daarna zal de nauwkeurigheid van het vinden van de weerstand Rx (R4) hoog zijn.

Het Wheatstone-brugcircuit wordt vaak gebruikt om de temperatuur te meten wanneer een van de brugtakken wordt ingeschakeld weerstandsthermometer als een onbekende weerstand.In ieder geval, hoe groter het verschil in weerstanden in de takken, hoe groter de stroom door de diagonaal zal zijn, en als de weerstand verandert, zal ook de diagonaalstroom veranderen.

Deze eigenschap van de Wheatstone-brug wordt zo gewaardeerd door degenen die besturings- en meetproblemen oplossen en besturings- en automatiseringsschema's ontwikkelen. De geringste verandering in weerstand in een van de takken veroorzaakt een verandering in de stroom door de brug en deze verandering wordt geregistreerd. In plaats van een galvanometer kan een ampèremeter of voltmeter in de diagonaal van de brug worden opgenomen, afhankelijk van het specifieke circuit en het doel van de studie.

Over het algemeen kunt u met behulp van de Wheatstone-brug verschillende grootheden meten: elastische vervorming, verlichting, vochtigheid, warmtecapaciteit, enz. Het volstaat om de overeenkomstige sensor in het circuit op te nemen in plaats van de gemeten weerstand, waarvan het gevoelige element zal in staat zijn om de weerstand te veranderen consistent is met de verandering in de gemeten waarde, zelfs als deze niet elektrisch is. Meestal wordt in dergelijke gevallen een brug van Wheatstone aangesloten via ADC, en verdere verwerking van het signaal, weergave van informatie op het display, acties op basis van de ontvangen gegevens - dit blijft allemaal een kwestie van technologie.