"Zinātnes sirds ir mērīšana", un mērījumu veikšanai tiek izmantotas tilta ķēdes, lai atrastu visu veidu elektriskos un elektroniskos parametrus. Mēs esam izpētījuši vairākus tiltus elektrības un elektronikas mērījumos un instrumentos. Zemāk esošajā tabulā ir parādīti dažādi tilti un to izmantošanas veidi:
| S.No. | Tilta nosaukums | Parametrs, kas jānosaka |
| 1. | Kviešu akmens | izmērīt nezināmu pretestību |
| 2. | Andersons | izmēra spoles pašinduktivitāti |
| 3. | De-sauty | mērot ļoti mazu kapacitātes vērtību |
| 4. | Maksvels | izmērīt nezināmu induktivitāti |
| 5. | Kelvins | izmanto, lai mērītu nezināmus elektriskos rezistorus zem 1 om. |
| 6. | Veins | kapacitātes mērīšana pretestības un frekvences izteiksmē |
| 7. | Siena | nezināmas augstas vērtības induktora mērīšana |
Šeit mēs runāsim par Wheatstone tiltu, ko izmanto nezināmas pretestības mērīšanai. Tagad dienas digitālais multimetrs palīdz vienkāršā veidā izmērīt pretestību. Bet Wheatstone tilta priekšrocība salīdzinājumā ar to ir ļoti zemu pretestības vērtību mērīšana mili omu diapazonā.
Wheatstone tilts
Semjuels Hanters Kristijs 1833. gadā izgudroja Vītstounas tiltu, un šo tiltu 1843. gadā uzlaboja un popularizēja sers Čārlzs Vītstouns. Vītstouna tilts ir četru pretestību savstarpējs savienojums, kas veido tiltu. Četras pretestības ķēdē sauc par tilta ieročiem. Tiltu izmanto, lai atrastu nezināmas pretestības vērtību, kas savienota ar diviem zināmiem rezistoriem, vienu mainīgu rezistoru un galvanometru. Lai atrastu nezināmas pretestības vērtību, galvanometra novirze ir nulle, pielāgojot mainīgo rezistoru. Šis punkts ir pazīstams kā Wheatstone tilta līdzsvara punkts.
Atvasinājums
Kā redzam attēlā, R1 un R2 ir zināmi rezistori. R3 ir mainīgs rezistors, un Rx nav zināma pretestība. Tilts ir savienots ar līdzstrāvas avotu (akumulatoru).
Ja tilts ir līdzsvarotā stāvoklī, caur galvanometru nedrīkst plūst strāva, un tā pati strāva I1 plūst pamatīgi R1 un R2. Tas pats attiecas uz R3 un Rx, tas nozīmē, ka strāvas plūsma (I2) R3 un Rx paliek nemainīga. Tātad zemāk ir aprēķini, lai uzzinātu nezināmu pretestības vērtību, kad tilts ir līdzsvarotā stāvoklī (starp pašreizējo plūsmu starp punktiem C un D).
V = IR (pēc oma likuma) VR1 = I1 * R1… vienādojums (1) VR2 = I1 * R2… vienādojums (2) VR3 = I2 * R3… vienādojums (3) VRx = I2 * Rx… (4) vienādojums
Sprieguma kritums R1 un R3 ir vienāds, un sprieguma kritums R2 un R4 ir vienāds arī līdzsvarota tilta stāvoklī.
I1 * R1 = I2 * R3… (5) vienādojums I1 * R2 = I2 * Rx… (6) vienādojums
Par vienādojuma (5) un vienādojuma (6) dalīšanu
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Tātad, no šejienes mēs iegūstam Rx vērtību, kas ir mūsu nezināmā pretestība, un līdz ar to Wheatstone tilts palīdz noteikt nezināmu pretestību.
Darbība
Praktiski mainīgo pretestību pielāgo, līdz strāvas vērtība caur galvanometru kļūst nulle. Tajā brīdī tilts tiek saukts par līdzsvarotu Wheatstone tiltu. Nulles strāvas iegūšana caur galvanometru nodrošina augstu precizitāti, jo nelielas mainīgas pretestības izmaiņas var izjaukt līdzsvara stāvokli.
Kā parādīts attēlā, tiltā R1, R2, R3 un Rx ir četras pretestības. Kur R1 un R2 ir nezināmais rezistors, R3 ir mainīgā pretestība un Rx ir nezināmā pretestība. Ja zināmo rezistoru attiecība ir vienāda ar pielāgotās mainīgās pretestības un nezināmās pretestības attiecību, tādā stāvoklī caur galvanometru neplūst strāva.
Līdzsvarotā stāvoklī,
R1 / R2 = R3 / Rx
Tagad šajā brīdī mums ir R1 , R2 un R3 vērtība, tāpēc no iepriekš minētās formulas ir viegli atrast Rx vērtību.
No iepriekš minētā nosacījuma
Rx = R2 * R3 / R1
Tādējādi nezināmās pretestības vērtību aprēķina, izmantojot šo formulu, ņemot vērā, ka strāva caur Galvanometru ir nulle.
Tāpēc mums ir jāpielāgo potenciometrs līdz punktam, kad spriegums pie C un D būs vienāds, tādā stāvoklī strāva caur punktu C un D būs nulle un galvanometra rādījums būs nulle, šajā konkrētajā pozīcijā tiks izsaukts Wheatstone Bridge Līdzsvarots stāvoklis. Šī pilnīgā darbība ir paskaidrota tālāk sniegtajā videoklipā:
Piemērs
Ņemsim piemēru Wheatstone tilta jēdziena izpratnei, jo mēs ņemam nelīdzsvarotu tiltu, lai aprēķinātu Rx (nezināma pretestība) atbilstošo vērtību tilta līdzsvarošanai. Kā mēs zinām, vai sprieguma krituma starpība starp punktiem C un D ir nulle, tad tilts ir līdzsvara stāvoklī.
Saskaņā ar shēmu
Pirmajai ADB grupai
Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Ievietojot vērtības iepriekš minētajā formulā, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volti
Attiecībā uz otro roku ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volti
Tātad sprieguma starpība starp punktiem C un D ir:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 volti
Ja sprieguma krituma starpība starp C un D ir pozitīva vai negatīva (pozitīvs vai negatīvs parāda nelīdzsvarotības virzienu), tas parāda, ka tilts ir nelīdzsvarots, un, lai tas būtu līdzsvarots, R4 nomaiņai ir nepieciešama atšķirīga pretestības vērtība.
Ķēdes līdzsvarošanai nepieciešamā rezistora R4 vērtība ir:
R4 = (R2 * R3) / R1 (līdzsvara tilta stāvoklis) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 omi
Tādējādi tilta līdzsvarošanai vajadzīgā R4 vērtība ir 720 Ω, jo, ja tilts ir līdzsvarā, sprieguma krituma starp C un D starpība ir nulle un, ja jūs varat izmantot 720 Ω rezistoru, sprieguma starpība būs nulle.
Pieteikumi
- Galvenokārt izmanto ļoti zemas nezināmas pretestības vērtības mērīšanai ar mili omu diapazonu.
- Izmantojot varistoru ar Wheatstone tiltu, mēs varam noteikt arī dažu parametru vērtību, piemēram, kapacitāti, induktivitāti un pretestību.
- Izmantojot Wheatstone tiltu ar operatīvo pastiprinātāju, tas palīdz izmērīt dažādus parametrus, piemēram, temperatūru, spriedzi, gaismu utt.