„Srdcom vedy je meranie“ a na meranie sa používajú mostné obvody na nájdenie všetkých druhov elektrických a elektronických parametrov. Študovali sme niekoľko mostov v oblasti merania a prístrojového vybavenia v oblasti elektrickej a elektronickej techniky. Nasledujúca tabuľka zobrazuje rôzne mosty s ich použitím:
| S.No. | Názov mosta | Parameter, ktorý sa má určiť |
| 1. | Wheatstone | zmerajte neznámy odpor |
| 2. | Anderson | zmerajte samočinnosť cievky |
| 3. | De-sauty | meranie veľmi malej hodnoty kapacity |
| 4. | Maxwell | zmerajte neznámu indukčnosť |
| 5. | Kelvin | slúži na meranie neznámych elektrických odporov pod 1 ohm. |
| 6. | Wein | meranie kapacity z hľadiska odporu a frekvencie |
| 7. | Seno | meranie neznámeho induktora vysokej hodnoty |
Tu si povieme o Wheatstoneovom moste používanom na meranie neznámeho odporu. Digitálny multimetr súčasnosti pomáha pri meraní odporu jednoduchým spôsobom. Výhodou Wheatstoneovho mostíka v tomto spočíva ale v tom, že poskytuje meranie veľmi nízkych hodnôt odporu v rozmedzí miliohmov.
Wheatstoneov most
Samuel Hunter Christie vynašiel Wheatstoneov most v roku 1833 a tento most vylepšil a spopularizoval Sir Charles Wheatstone v roku 1843. Wheatstoneov most je prepojením štyroch odporov tvoriacich most. Štyri odpory v obvode sa označujú ako ramená mosta. Mostík sa používa na zistenie hodnoty neznámeho odporu spojeného s dvoma známymi rezistormi, jedným variabilným rezistorom a galvanometrom. Na zistenie hodnoty neznámeho odporu sa priehyb na galvanometri zmenil na nulu nastavením premenného odporu. Tento bod je známy ako rovnovážny bod Wheatstoneovho mosta.
Odvodenie
Ako vidíme na obrázku, R1 a R2 sú známe rezistory. R3 je premenlivý rezistor a Rx je neznámy odpor. Mostík je pripojený k zdroju jednosmerného prúdu (batéria).
Pokiaľ je most v rovnovážnom stave, potom by nemal pretekať galvanometrom žiadny prúd a ten istý prúd I1 bude tiecť cez R1 a R2. To isté platí pre R3 a Rx, to znamená, že tok prúdu (I2) po dôkladných R3 a Rx zostane rovnaký. Takže nižšie sú výpočty na zistenie neznámej hodnoty odporu, keď je most v rovnovážnom stave (žiadny prúd medzi bodmi C a D).
V = IR (podľa Ohmovho zákona) VR1 = I1 * R1… rovnica (1) VR2 = I1 * R2… rovnica (2) VR3 = I2 * R3… rovnica (3) VRx = I2 * Rx… rovnica (4)
Pokles napätia na R1 a R3 je rovnaký a pokles napätia na R2 a R4 je tiež rovnaký v stave vyváženého mostíka.
I1 * R1 = I2 * R3… rovnica (5) I1 * R2 = I2 * Rx… rovnica (6)
O rozdelení rovnice (5) a rovnice (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Odtiaľ teda dostaneme hodnotu Rx, ktorá je našim neznámym odporom, a preto takto Wheatstoneov most pomáha pri meraní neznámeho odporu.
Prevádzka
Prakticky sa variabilný odpor upravuje, kým sa hodnota prúdu v galvanometri nestane nulovou. V tom okamihu sa most nazýva ako vyvážený Wheatstoneov most. Získanie nulového prúdu pomocou galvanometra poskytuje vysokú presnosť, pretože malá zmena variabilného odporu môže narušiť stav rovnováhy.
Ako je znázornené na obrázku, v mostíku R1, R2, R3 a Rx sú štyri rezistencie. Kde R1 a R2 sú neznámy odpor, R3 je premenlivý odpor a Rx je neznámy odpor. Ak sa pomer známych rezistorov rovná pomeru nastaveného premenného odporu a neznámeho odporu, v takom prípade nebude galvanometrom tiecť žiadny prúd.
Vo vyváženom stave,
R1 / R2 = R3 / Rx
Teraz v tomto okamihu máme hodnotu R1 , R2 a R3, takže je ľahké nájsť hodnotu Rx z vyššie uvedeného vzorca.
Z vyššie uvedenej podmienky
Rx = R2 * R3 / R1
Z tohto dôvodu sa hodnota neznámeho odporu počíta pomocou tohto vzorca, pretože prúd v galvanometri je nula.
Musíme teda upraviť potenciometer do bodu, keď bude napätie na C a D rovnaké, v takom prípade bude prúd cez bod C a D nulový a hodnota galvanometra bude nula, v konkrétnej polohe sa bude volať Wheatstoneov most Vyvážený stav. Táto úplná operácia je vysvetlená v nasledujúcom videu:
Príklad
Vezmime si príklad na pochopenie konceptu Wheatstoneovho mosta, keď pomocou nevyváženého mosta vypočítame príslušnú hodnotu pre Rx (neznámy odpor) na vyváženie mosta. Ako vieme, ak je rozdiel poklesu napätia v bodoch C a D nulový, je mostík v rovnovážnom stave.
Podľa schémy zapojenia
Pre prvú ruku ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * verzus
Po vložení hodnôt do vyššie uvedeného vzorca
Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 voltov
Pre druhé rameno ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volty
Rozdiel napätia medzi bodmi C a D je teda:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 voltov
Ak je rozdiel poklesu napätia na C a D kladný alebo záporný (kladné alebo záporné ukazuje smer nevyváženosti), ukazuje to, že mostík je nevyvážený a na jeho vyváženie potrebujeme inú hodnotu odporu namiesto R4.
Hodnota odporu R4 požadovaná na vyváženie obvodu je:
R4 = (R2 * R3) / R1 (podmienka mostíka rovnováhy) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohmov
Preto je hodnota R4 potrebná na vyváženie mostíka 720 Ω, pretože ak je mostík v rovnováhe, rozdiel poklesu napätia na C a D je nulový a ak môžete použiť odpor 720 Ω, bude rozdiel napätia nulový.
Aplikácie
- Používa sa hlavne pri meraní veľmi nízkej hodnoty neznámeho odporu s rozsahom miliohmov.
- Ak použijeme varistor s Wheatstoneovým mostom, môžeme tiež identifikovať hodnotu niektorých parametrov, ako je kapacita, indukčnosť a impedancia.
- Použitím Wheatstoneovho mostíka s operačným zosilňovačom pomáha pri meraní rôznych parametrov, ako je teplota, napätie, svetlo atď.