Việc sử dụng cầu Wheatstone để đo lượng không điện

Cầu Wheatstone là một mạch điện được thiết kế để đo cường độ của điện trở. Đề án này lần đầu tiên được đề xuất bởi nhà vật lý người Anh Samuel Christie vào năm 1833, và vào năm 1843, nó đã được cải tiến bởi nhà phát minh Charles Wheatstone. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ này tương tự như hoạt động của quy mô dược phẩm cơ học, nhưng nó không phải là các lực được cân bằng ở đây, mà là các tiềm năng điện.

Mạch cầu Wheatstone chứa hai nhánh, tiềm năng của các đầu nối giữa (D và B) được cân bằng trong quá trình đo. Một trong những nhánh của cây cầu bao gồm điện trở Rx, giá trị điện trở phải được xác định.

Nhánh đối diện chứa một biến trở R2 - điều chỉnh điện trở. Giữa các kết luận giữa của các nhánh, chỉ báo G được bật, có thể là điện kế, vôn kế, chỉ thị bằng 0 hoặc ampe kế.

Trong quá trình đo, điện trở của bộ biến trở dần dần thay đổi cho đến khi chỉ báo hiển thị bằng không. Điều này có nghĩa là tiềm năng của các điểm giữa của cây cầu mà nó được kết nối bằng nhau và sự khác biệt tiềm năng giữa chúng là bằng không.

Khi mũi tên của chỉ báo (điện kế) bị lệch sang một bên hoặc khác so với không, điều này có nghĩa là dòng điện chạy qua nó, và do đó cây cầu vẫn chưa cân bằng. Nếu chỉ số chính xác bằng 0, cây cầu được cân bằng.

Rõ ràng, nếu tỷ lệ của điện trở trên và dưới ở vai trái của cây cầu bằng với tỷ lệ của điện trở của vai phải của cây cầu, thì sự cân bằng (hoặc cân bằng) của cây cầu xảy ra đơn giản là do chênh lệch điện thế bằng 0 giữa các đầu của điện kế.

Và nếu các giá trị của ba điện trở cầu (bao gồm điện trở hiện tại của bộ biến trở) được đo đầu tiên với sai số đủ nhỏ, thì điện trở Rx mong muốn sẽ được tìm thấy với độ chính xác đủ cao. Người ta tin rằng điện trở của điện kế có thể bị bỏ qua.

Cầu Wheatstone về cơ bản là phổ quát, và không chỉ được áp dụng để đo điện trở của điện trở, mà còn để tìm ra một loạt các thông số không điện, đủ để cảm biến không có giá trị điện là điện trở.

Sau đó, có thể đo điện trở của phần tử cảm biến, thay đổi theo hiệu ứng không điện trên nó, bằng cách sử dụng mạch cầu Wheatstone và do đó có thể tìm thấy đại lượng không điện tương ứng với một lỗi nhỏ.

Do đó, người ta có thể tìm thấy giá trị của giá trị: biến dạng cơ học (đồng hồ đo biến dạng), nhiệt độ, độ chiếu sáng, độ dẫn nhiệt, nhiệt dung, độ ẩm và thậm chí cả thành phần của chất.

Dụng cụ đo dựa trên cầu Wheatstone thường lấy số đọc từ một cây cầuthông qua bộ chuyển đổi tương tự sang sốđược kết nối với một thiết bị máy tính kỹ thuật số, chẳng hạn như vi điều khiển với chương trình tích hợp thực hiện tuyến tính hóa (thay thế dữ liệu phi tuyến tính bằng dữ liệu tuyến tính gần đúng), chia tỷ lệ và chuyển đổi dữ liệu nhận được thành giá trị số của đại lượng không đo được trong các đơn vị thích hợp, cũng như sửa lỗi và đầu ra bằng kỹ thuật số có thể đọc được. hình thức.

Ví dụ, quy mô sàn đại khái làm việc theo nguyên tắc này. Ngoài ra, phân tích hài hòa có thể được thực hiện ngay bằng phương pháp phần mềm, v.v.

Cái gọi là máy đo biến dạng (cảm biến điện trở của ứng suất cơ học) được sử dụng trong cân điện tử, trong máy đo lực kế, áp kế, máy đo độ xoắn và máy đo độ căng.

Máy đo biến dạng chỉ đơn giản được dán vào phần biến dạng, được đặt trong vai của cây cầu, trong khi điện áp theo đường chéo của cầu sẽ tỷ lệ thuận với ứng suất cơ học mà cảm biến phản ứng - điện trở của nó thay đổi.

Với sự mất cân bằng của cây cầu, đo độ lớn của sự mất cân bằng này, và do đó tìm thấy, ví dụ, trọng lượng của một cơ thể. Nhân tiện, cảm biến cũng có thể là áp điện nếu đo biến dạng nhanh hoặc động.

Khi cần đo nhiệt độ, cảm biến điện trở được sử dụng, điện trở thay đổi theo nhiệt độ của cơ thể hoặc môi trường đang nghiên cứu. Cảm biến thậm chí có thể không tiếp xúc với cơ thể, nhưng cảm nhận được bức xạ nhiệt, như xảy ra trong nhiệt kế kế.

Nguyên lý hoạt động của nhiệt kế kế đo lường dựa trên sự thay đổi điện trở của một phần tử nhiệt do nhiệt của nó dưới tác động của dòng năng lượng điện từ được hấp thụ. Một tấm bạch kim mỏng, được làm đen để hấp thụ bức xạ tốt hơn, nhanh chóng nóng lên do độ dày nhỏ của nó dưới tác động của bức xạ và sức đề kháng của nó tăng lên.

Tương tự, nhiệt kế điện trở có hệ số nhiệt độ dương và nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm dựa trên chất bán dẫn hoạt động.

Khi nhiệt độ thay đổi gián tiếp, người ta có thể đo độ dẫn nhiệt, công suất nhiệt, tốc độ dòng chảy của chất lỏng hoặc khí, nồng độ của các thành phần của hỗn hợp khí, vv Các phép đo gián tiếp của loại này được sử dụng trong sắc ký khí và trong các cảm biến nhiệt.

Các chất quang dẫn thay đổi điện trở của chúng dưới tác động của chiếu sáng, và các cảm biến điện trở chuyên dụng được sử dụng để đo dòng bức xạ ion hóa.

Làm thế nào để sử dụng chất phát quang, photodiod và phototransistors

Cảm biến analog: ứng dụng, phương thức kết nối với bộ điều khiển

Kết nối cảm biến analog với Arduino, đọc cảm biến

Đo nhiệt độ và độ ẩm trên Arduino - một lựa chọn các phương pháp

Làm thế nào là các thiết bị để đo điện trở được sắp xếp và làm việc