цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Что такое мост Уитстона и как он работает

Что такое мост Уитстона и как он работает

Автор: Mike(admin) от 31-08-2020, 06:15

Принцип работы моста Уитстона


Мост Уитстона был первоначально разработан Чарльзом Уитстоном для измерения неизвестных значений сопротивления и как средство калибровки измерительных приборов, вольтметров, амперметров и т. д. с помощью длинного резистивного скользящего провода. Хотя сегодня цифровые мультиметры предоставляют самый простой способ измерить сопротивление, мост Уитстона по-прежнему можно использовать для измерения очень низких значений сопротивлений в диапазоне миллиом.


Что такое мост Уитстона и как он работает

Схема моста Уитстона (или резистивного моста) может использоваться в различных приложениях, и сегодня при наличии современных операционных усилителей мы можем использовать схему моста Уитстона для подключения различных преобразователей и датчиков к этим схемам усилителя.


Схема моста Уитстона представляет собой не что иное, как две простые последовательно-параллельные схемы сопротивлений, подключенных между клеммой источника напряжения и землей, что дает нулевую разность напряжений между двумя параллельными ветвями при балансировке.


В мосте имеются два известных резистора, один переменный резистор и один неизвестный резистор, соединенные по мостовой схеме, как показано далее. Регулируя переменный резистор, ток через гальванометр обнуляется. Когда ток через гальванометр становится равным нулю, соотношение двух известных резисторов в точности равно отношению установленного значения переменного сопротивления и значения неизвестного сопротивления. Таким образом, значение неизвестного электрического сопротивления можно легко измерить с помощью моста Уитстона.


Что такое мост Уитстона и как он работает

Это четырехплечевая мостовая схема, в которой ветви AB, BC, CD и AD состоят из электрических сопротивлений P, Q, S и R соответственно. Среди этих сопротивлений P и Q известны фиксированные электрические сопротивления, и эти два плеча называются плечами отношения. Точный и чувствительный гальванометр подключен между клеммами B и D через ключ S2.


Источник напряжения этого моста Уитстона подключен к клеммам A и C через ключ S1, как показано на схеме. Переменный резистор S подключен между точками C и D. Потенциал в точке D можно изменять, регулируя номинал переменного резистора. Предположим, что ток I1 и ток I2 протекают по путям ABC и ADC соответственно.


Если мы изменим значение электрического сопротивления плеча CD, значение тока I2 также будет изменяться, поскольку напряжение на A и C фиксировано. Если мы продолжим регулировку переменного сопротивления, может возникнуть ситуация, когда на резисторе S упадет напряжение, то есть уменьшится ток I2. S становится в точности пропорциональным падению напряжения на резисторе Q, т.е. I1.Q. Таким образом, потенциал в точке B становится равным потенциалу в точке D, следовательно, разность потенциалов между этими двумя точками равна нулю, следовательно, ток через гальванометр равен нулю. Тогда отклонение гальванометра равно нулю, когда ключ S2 замкнут. Теперь из схемы моста Уитстона следует формула для тока I1


Что такое мост Уитстона и как он работает

И для тока I2:


Что такое мост Уитстона и как он работает

Теперь потенциал точки B относительно точки C есть не что иное, как падение напряжения на резисторе Q, и это выражается следующей формулой:


Что такое мост Уитстона и как он работает

Опять же потенциал точки D относительно точки C – это не что иное, как падение напряжения на резисторе S, и это выражается следующей формулой:


Что такое мост Уитстона и как он работает

Приравнивая уравнения (i) и (ii), получаем:


Что такое мост Уитстона и как он работает

Здесь в приведенном выше уравнении значения S и P⁄Q известны, поэтому значение R можно легко определить. Электрические сопротивления P и Q моста Уитстона имеют определенное соотношение, например 1:1; 10:1 или 100:1, известные как передаточные отношения, и S плечо реостата имеет плавное изменение от 1 до 1000 Ом или от 1 до 10000 Ом.


На основе моста Уитстона можно создавать различные измерительные схемы. Например, далее представлен детектор света на основе моста Уитстона.


детектор света на основе моста Уитстона

Фотоэлемент LDR подключен к цепи моста Уитстона, как показано, для создания светочувствительного переключателя, который активируется, когда измеряемый уровень освещенности становится выше или ниже предварительно установленного значения, определенного VR1. В этом примере VR1 – потенциометр 22 кОм или 47 кОм.


Операционный усилитель подключен как компаратор напряжения с опорным напряжением VD, приложенным к неинвертирующему выводу. В этом примере, так как и R3 и R4 имеют то же значение 10 кОм, набор опорного напряжения в точке D будет, следовательно, быть равна половине Vcc. Это Vcc/2. Потенциометр VR1 устанавливает напряжение точки срабатывания VC, подаваемое на инвертирующий вход, и устанавливает требуемый номинальный уровень освещенности. Реле включается, когда напряжение в точке C меньше напряжения в точке D.


Регулировка VR1 устанавливает напряжение в точке C, чтобы сбалансировать мостовую схему на требуемом уровне или интенсивности света. LDR может быть любым устройством на основе сульфида кадмия, которое имеет высокий импеданс при низких уровнях освещенности и низкий импеданс при высоких уровнях освещения.




© digitrode.ru


Теги: мост Уитстона




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий