استخدام جسر ويتستون لقياس الكميات غير الكهربائية

ويتستون بريدج هو دائرة كهربائية مصممة لقياس حجم المقاومة الكهربائية. تم اقتراح هذا المخطط لأول مرة من قبل الفيزيائي البريطاني صموئيل كريستي في عام 1833 ، وفي عام 1843 تم تحسينه بواسطة المخترع تشارلز ويتستون. يشبه مبدأ تشغيل هذا المخطط عمل موازين الصيدلية الميكانيكية ، ولكنه ليس القوى المتساوية هنا ، ولكن الإمكانات الكهربائية.

تحتوي دارة جسر ويتستون على فرعين ، تتم معادلة إمكانات المحطات الوسطى (D و B) خلال عملية القياس. يتضمن أحد فروع الجسر المقاوم Rx ، يجب تحديد قيمة المقاومة.

يحتوي الفرع المقابل على مقاومة مقاومة متغيرة R2. بين الاستنتاجات الوسطى للفروع ، يتم تشغيل مؤشر G ، والذي يمكن أن يكون مقياس الجلفانومتر ، مقياس الفولتميتر ، مؤشر الصفر أو مقياس التيار الكهربائي.

أثناء عملية القياس ، يتم تغيير مقاومة مقاومة متغيرة تدريجيا حتى يظهر المؤشر صفر. هذا يعني أن إمكانات النقاط الوسطى للجسر الذي تتصل به تساوي بعضها البعض ، والفرق المحتمل بينهما هو صفر.

عندما ينحرف سهم المؤشر (الجلفانومتر) لجانب أو آخر من الصفر ، فإن هذا يعني أن التيار يتدفق عبره ، وبالتالي فإن الجسر لم يتوازن بعد. إذا كان المؤشر الصفر بالضبط ، فإن الجسر متوازن.

من الواضح ، إذا كانت نسبة المقاومة العلوية والسفلية في الكتف الأيسر من الجسر مساوية لنسبة مقاومات الكتف الأيمن للجسر ، يحدث توازن (أو توازن) الجسر ببساطة بسبب اختلاف فرق الجهد بين مطاريف الجلفانومتر.

وإذا تم قياس قيم المقاومة الجسرية الثلاثة (بما في ذلك المقاومة الحالية للريوستات) لأول مرة بخطأ صغير بما فيه الكفاية ، فسيتم العثور على المقاومة المطلوبة Rx بدقة عالية بما فيه الكفاية. ويعتقد أن مقاومة الجلفانومتر يمكن إهمالها.

يعتبر جسر ويتستون عالميًا بشكل أساسي ، ولا ينطبق فقط على قياس مقاومات المقاومات ، ولكن أيضًا للعثور على مجموعة متنوعة من المعلمات غير الكهربائية ، يكفي أن مستشعر الحجم غير الكهربائي نفسه مقاوم.

ثم يمكن قياس مقاومة عنصر المستشعر ، المتغير تحت تأثير غير كهربائي عليه ، باستخدام دائرة جسر ويتستون ، وبالتالي يمكن العثور على الكمية غير الكهربائية المقابلة مع وجود خطأ بسيط.

وهكذا ، يمكن للمرء أن يجد قيمة القيمة: التشوه الميكانيكي (مقاييس الضغط) ، درجة الحرارة ، الإضاءة ، الموصلية الحرارية ، السعة الحرارية ، الرطوبة ، وحتى تركيب المادة.

تأخذ أدوات القياس المستندة إلى الجسر ويتن عادة قراءات من الجسرعبر محول تمثيلي إلى رقميمتصل بجهاز حوسبة رقمي ، مثل متحكم دقيق مع برنامج مدمج يقوم بتنفيذ الخطية (استبدال البيانات غير الخطية ببيانات خطية تقريبية) ، وتوسيع نطاق البيانات المحولة وتحويلها إلى قيمة عددية للكمية غير الكهربائية المقاسة بالوحدات المناسبة ، وكذلك تصحيح الأخطاء والإخراج في وحدة رقمية قابلة للقراءة أ.

على سبيل المثال ، تعمل مقاييس الأرضية تقريبًا على هذا المبدأ. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إجراء التحليل التوافقي على الفور باستخدام أساليب البرنامج ، إلخ.

تُستخدم مقاييس الإجهاد المزعومة (أجهزة استشعار المقاومة للإجهاد الميكانيكي) في المقاييس الإلكترونية ، ومقاييس الدينامومتر ، ومقاييس الضغط المانومتر ، ومقاييس الجرعات ومقاييس التوتر السطحي.

يتم لصق مقياس الإجهاد ببساطة على الجزء المشوه ، ويتم تضمينه في كتف الجسر ، في حين أن الجهد في قطري الجسر سوف يتناسب مع الضغط الميكانيكي الذي يستجيب له المستشعر - تتغير مقاومته.

مع عدم توازن الجسر ، قم بقياس حجم هذا الخلل ، وبالتالي ، على سبيل المثال ، ابحث عن وزن الجسم. بالمناسبة ، يمكن أن يكون المستشعر كهروإجهاديًا إذا تم قياس تشوه سريع أو ديناميكي.

عندما يكون من الضروري قياس درجة الحرارة ، يتم استخدام أجهزة استشعار مقاومة ، والتي تختلف مقاومتها مع درجة حرارة الجسم أو الوسط قيد الدراسة. قد لا يتلامس المستشعر مع الجسم ، ولكنه يتصور الإشعاع الحراري ، كما يحدث في البيرومترات البوليمرية.

يعتمد مبدأ تشغيل البيروميتر على قياس التغير في المقاومة الكهربائية لعنصر حساس للحرارة بسبب تسخينه تحت تأثير تدفق ممتص للطاقة الكهرومغناطيسية. صفيحة رقيقة من البلاتين ، مغمورة للحصول على امتصاص أفضل للإشعاع ، ترتفع بسرعة نظرًا لسمكها الصغير تحت تأثير الإشعاع وزيادة مقاومتها.

وبالمثل ، تعمل موازين الحرارة المقاومة مع معامل درجة حرارة موجبة والثرمستورات مع معامل درجة حرارة سالبة على أساس أشباه الموصلات.

عندما يتم تغيير درجة الحرارة بشكل غير مباشر ، يمكن للمرء قياس الموصلية الحرارية ، والسعة الحرارية ، ومعدل تدفق السائل أو الغاز ، وتركيز مكونات خليط الغاز ، وما إلى ذلك. تستخدم القياسات غير المباشرة من هذا النوع في كروماتوغرافيا الغاز وفي مجسات التحفيز الحراري.

يغير مقاومو الضوء مقاومتهم تحت تأثير الإضاءة ، وتستخدم مجسات مقاومة متخصصة لقياس تدفق الإشعاعات المؤينة.

كيفية استخدام مقاومات الضوء ، الثنائيات الضوئية والناقلات الضوئية

أجهزة الاستشعار التناظرية: التطبيق ، وطرق الاتصال إلى وحدة تحكم

ربط أجهزة الاستشعار التناظرية لاردوينو ، وقراءة أجهزة الاستشعار

قياس درجة الحرارة والرطوبة على اردوينو - مجموعة مختارة من الطرق

كيف يتم قياس أجهزة المقاومة والعمل