"Tieteen sydän on mittaus", ja mittaukseen käytetään siltapiirejä kaikenlaisten sähkö- ja elektroniikkaparametrien löytämiseen. Olemme tutkineet useita siltoja sähkö- ja elektroniikkamittauksessa ja instrumentoinnissa. Seuraavassa taulukossa on esitetty erilaisia siltoja niiden käyttötarkoitusten kanssa:
| S.No. | Sillan nimi | Määritettävä parametri |
| 1. | Wheatstone | mittaa tuntematon vastus |
| 2. | Anderson | mittaa kelan itseinduktanssi |
| 3. | De-sauty | mittaamalla hyvin pieni kapasitanssin arvo |
| 4. | Maxwell | mittaa tuntematon induktanssi |
| 5. | Kelvin | käytetään tuntemattomien sähkövastusten mittaamiseen alle 1 ohmin. |
| 6. | Wein | kapasitanssin mittaaminen resistanssin ja taajuuden suhteen |
| 7. | Heinä | arvokkaan tuntemattoman induktorin mittaus |
Tässä puhumme Wheatstonen sillasta, jota käytetään tuntemattoman resistanssin mittaamiseen. Digitaalinen yleismittari auttaa mittaamaan vastusta yksinkertaisella tavalla. Mutta Wheatstone-sillan etuna tähän nähden on mitata hyvin alhaiset resistanssiarvot millio-ohmialueella.
Wheatstonen silta
Samuel Hunter Christie keksi Wheatstone-sillan vuonna 1833, ja Sir Charles Wheatstone paransi ja suositteli tätä siltaa vuonna 1843. Wheatstone-silta on neljän vastuksen yhteenliitäntä, joka muodostaa sillan. Piirin neljää vastusta kutsutaan sillan varsiksi. Siltaa käytetään tuntemattoman vastuksen arvon löytämiseen, joka on kytketty kahteen tunnettuun vastukseen, yhteen muuttuvaan vastukseen ja galvanometriin. Tuntemattoman vastuksen arvon löytämiseksi galvanometrin taipuma on nollattu säätämällä muuttuvaa vastusta. Tämä piste tunnetaan Wheatstonen sillan tasapainopisteenä.
Johtaminen
Kuten voimme nähdä kuvasta, R1 ja R2 ovat tunnettuja vastuksia. R3 on vaihteleva vastus ja Rx on tuntematon vastus. Silta on kytketty tasavirtalähteeseen (akku).
Jos silta on tasapainossa, galvanometrin läpi ei pitäisi virrata virtaa ja sama virta I1 virtaa perusteellisesti R1 ja R2. Sama koskee R3: ta ja Rx: tä, tarkoittaa, että virtaus (I2) R3 ja Rx pysyvät samana. Joten alla on laskelmat tuntemattoman vastusarvon selvittämiseksi sillan ollessa tasapainotetussa tilassa (ei virtaa pisteiden C ja D välillä).
V = IR (ohmin lailla) VR1 = I1 * R1… yhtälö (1) VR2 = I1 * R2… yhtälö (2) VR3 = I2 * R3… yhtälö (3) VRx = I2 * Rx… yhtälö (4)
Jännitehäviö R1: n ja R3: n poikki on sama ja jännitehäviö R2: lla ja R4: llä on sama myös tasapainotetussa sillassa.
I1 * R1 = I2 * R3… yhtälö (5) I1 * R2 = I2 * Rx… yhtälö (6)
Jaettaessa yhtälö (5) ja yhtälö (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Joten täältä saamme Rx: n arvon, joka on tuntematon resistanssimme, ja näin Wheatstonen silta auttaa tuntemattoman resistanssin mittaamisessa.
Operaatio
Käytännössä muuttuvaa vastusta säädetään, kunnes galvanometrin läpi kulkevan virran arvo tulee nollaksi. Siinä vaiheessa siltaa kutsutaan tasapainotetuksi Wheatstonen sillaksi. Nollavirran saaminen galvanometrillä antaa suuren tarkkuuden, koska pieni muuttuvan vastuksen muutos voi häiritä tasapainotilaa.
Kuten kuvassa on esitetty, sillassa R1, R2, R3 ja Rx on neljä vastusta. Jossa R1 ja R2 ovat tuntematon vastus, R3 on muuttuva vastus ja Rx on tuntematon vastus. Jos tunnettujen vastusten suhde on yhtä suuri kuin säädetyn muuttuvan vastuksen ja tuntemattoman vastuksen suhde, siinä tilassa virtaa ei kulje galvanometrin läpi.
Tasapainossa
R1 / R2 = R3 / Rx
Nyt tässä vaiheessa meillä on R1 , R2 ja R3 arvo, joten on helppo löytää Rx: n arvo yllä olevasta kaavasta.
Edellä olevasta ehdosta
Rx = R2 * R3 / R1
Siksi tuntemattoman resistanssin arvo lasketaan tämän kaavan avulla, kun otetaan huomioon, että galvanometrin läpi kulkeva virta on nolla.
Joten meidän on säädettävä potentiometriä siihen pisteeseen asti, jolloin jännite C: ssä ja D: ssä on sama, siinä tilassa C: n ja D: n kautta kulkeva virta on nolla ja Galvanometrin lukema on nolla, kyseisessä paikassa Wheatstone Bridge kutsutaan sisään Tasapainoinen kunto. Tämä täydellinen toiminta on selitetty alla olevassa videossa:
Esimerkki
Otetaan esimerkki Wheatstone-sillan käsitteen ymmärtämiseksi, kun otamme epätasapainoisen sillan laskemaan sopiva arvo Rx: lle (tuntematon vastus) sillan tasapainottamiseksi. Kuten tiedämme, onko jännitehäviön ero pisteiden C ja D yli nolla, silta on tasapainotilassa.
Kytkentäkaavion mukaan
Ensimmäisen varren ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Kun asetat arvot yllä olevaan kaavaan, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volttia
Toisen varren ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volttia
Joten pisteiden C ja D välinen jännite-ero on:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 volttia
Jos jännitehäviön ero C: n ja D: n välillä on positiivinen tai negatiivinen (positiivinen tai negatiivinen osoittaa epätasapainon suunnan), se osoittaa, että silta on epätasapainossa ja tasapainon aikaansaamiseksi tarvitsemme toisen vastusarvon R4: n korvaamiseksi.
Piirin tasapainottamiseksi vaadittavan vastuksen R4 arvo on:
R4 = (R2 * R3) / R1 (tasapainosillan kunto) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohmia
Sillan tasapainottamiseksi vaadittava R4-arvo on siis 720 Ω, koska jos silta on tasapainossa, jännitehäviön ero C: n ja D: n välillä on nolla ja jos voit käyttää vastusta 720 Ω, jänniteero on nolla.
Sovellukset
- Käytetään pääasiassa hyvin pienen tuntemattoman resistanssin arvon mittaamiseen milliammialueella.
- Jos käytät varistoria Wheatstone-sillan kanssa, voimme myös tunnistaa joidenkin parametrien, kuten kapasitanssin, induktanssin ja impedanssin, arvon.
- Käyttämällä Wheatstone-siltaa operatiivisella vahvistimella se auttaa mittaamaan erilaisia parametreja, kuten lämpötilaa, rasitusta, valoa jne.