גשר מדידת אבן חיטה והשימוש בו

אחד הפופולריים ביותר מעגלי גשר, שעדיין נעשה בו שימוש במכשירי מדידה ובמעבדות חשמל, הוא גשר המדידה ווייטסטון, על שמו של הממציא האנגלי צ'ארלס וויטסטון, שהציע תוכנית זו למדידת התנגדות כבר ב-1843.

גשר המדידה של Wheatstone הוא למעשה אנלוגי חשמלי של איזון קרן התרופות, שכן כאן נעשה שימוש בשיטה דומה למדידת פיצוי.

עקרון הפעולה של גשר המדידה מבוסס על השוואת הפוטנציאלים של המסופים האמצעיים של שני ענפי נגד המחוברים במקביל, לכל ענף שני נגדים. כחלק מאחד הענפים כלול נגד שאת ערכו תרצו לדעת ובשני - נגד עם התנגדות מתכווננת (ריאוסטאט או פוטנציומטר).

על ידי שינוי חלק של ערך ההתנגדות של הנגד המתכוונן, מתקבלת קריאת אפס בסולם הגלוונומטר הכלול באלכסון בין נקודות האמצע של שני הענפים שהוזכרו.בתנאים שבהם הגלוונומטר קורא אפס, הפוטנציאלים של נקודות האמצע יהיו שווים ולכן ניתן לחשב בקלות את ההתנגדות הרצויה.

ברור שבנוסף לנגדים וגלוונומטר, למעגל חייב להיות אספקה ​​לגשר, באיור הוא מוצג כתא גלווני E. הזרם זורם מהחיובי לשלילי תוך חלוקה בין שני הענפים ב. ביחס הפוך להתנגדויות שלהם.

אם הנגדים העליונים והתחתונים בזרוע הגשר זהים בזוגות, כלומר כאשר הזרועות זהות לחלוטין, אין סיבה שהזרם יופיע על פני האלכסון, שכן הפרש הפוטנציאלים בין נקודות החיבור של הגלוונומטר הוא אפס. במקרה זה, אומרים שהגשר מאוזן או מאוזן.

אם הנגדים העליונים זהים והנגדים התחתונים לא, הזרם יזרום באלכסון, מזרוע ההתנגדות הגבוהה לזרוע ההתנגדות התחתונה, ומחט הגלוונומטר תסטה לכיוון המתאים.

אז אם הפוטנציאלים של הנקודות שאליהן מחובר הגלוונומטר שווים, אז היחסים בין הערכים של הנגדים העליונים והתחתונים בזרועות יהיו שווים זה לזה. לפיכך, משווים את היחסים הללו, אנו מקבלים משוואה עם אחד לא ידוע. את ההתנגדויות R1, R2 ו-R3 יש למדוד בדיוק גבוה בתחילה, ואז הדיוק של מציאת הנגד Rx (R4) יהיה גבוה.

מעגל גשר Wheatstone משמש לעתים קרובות למדידת טמפרטורה כאשר אחד מענפי הגשר נדלק מדחום התנגדות כנגד לא ידוע.בכל מקרה, ככל שההבדל בהתנגדויות בענפים יהיה גדול יותר הזרם דרך האלכסון יהיה גדול יותר, וכאשר ההתנגדות תשתנה, ישתנה גם הזרם האלכסוני.

תכונה זו של גשר וויטסטון מוערכת כל כך על ידי אלה שפותרים בעיות בקרה ומדידה ומפתחים תוכניות בקרה ואוטומציה. השינוי הקל ביותר בהתנגדות באחד הענפים גורם לשינוי בזרם דרך הגשר, ושינוי זה נרשם. במקום גלוונומטר, ניתן לכלול מד זרם או מד מתח באלכסון של הגשר, בהתאם למעגל המסוים ולמטרת המחקר.

באופן כללי, באמצעות גשר Wheatstone, ניתן למדוד כמויות שונות: דפורמציה אלסטית, תאורה, לחות, קיבולת חום וכו'. מספיק רק לכלול את החיישן המתאים במעגל במקום הנגד הנמדד, שהאלמנט הרגיש שלו יהיה להיות מסוגל לשנות את ההתנגדות עולה בקנה אחד עם השינוי בערך הנמדד, גם אם הוא לא חשמלי. בדרך כלל במקרים כאלה מחובר גשר וויטסטון דרך ADC, ועיבוד נוסף של האות, הצגת מידע על התצוגה, פעולות המבוססות על הנתונים שהתקבלו - כל זה נשאר עניין של טכנולוגיה.