Wheatstoneův měřicí můstek a jeho použití

Jeden z nejoblíbenějších můstkové obvody, dodnes používaný v měřicích přístrojích a v elektrických laboratořích, je Wheatstoneův měřicí můstek, pojmenovaný po anglickém vynálezci Charlesi Wheatstoneovi, který toto schéma měření odporu navrhl již v roce 1843.

Wheatstoneův měřicí můstek je v podstatě elektrickou obdobou farmaceutického paprskového vyvážení, protože zde je použit podobný způsob kompenzačního měření.

Princip činnosti měřícího můstku je založen na vyrovnání potenciálů středních vývodů dvou paralelně zapojených odporových větví, každá větev má dva odpory. Jako součást jedné z větví je zahrnut odpor, jehož hodnotu chcete znát, a ve druhé - odpor s nastavitelným odporem (reostat nebo potenciometr).

Plynulou změnou hodnoty odporu nastavitelného odporu se získá nulová hodnota na stupnici galvanometru v úhlopříčce mezi středními body dvou zmíněných větví.V podmínkách, kdy galvanometr ukazuje nulu, budou potenciály středních bodů stejné, a proto lze požadovaný odpor snadno vypočítat.

Je jasné, že kromě rezistorů a galvanometru musí mít obvod napájení pro můstek, na obrázku je znázorněn jako galvanický článek E. Proud teče z kladného do záporného, ​​přičemž se dělí mezi dvě větve v nepřímo úměrné jejich odporům.

Pokud jsou horní a spodní odpory v rameni můstku stejné v párech, to znamená, když jsou ramena úplně stejná, není důvod, aby se proud objevoval přes úhlopříčku, protože rozdíl potenciálů mezi body připojení galvanometru je nula. V tomto případě se říká, že most je vyvážený nebo vyvážený.

Pokud jsou horní odpory stejné a spodní odpory ne, proud poteče diagonálně, z ramene s vyšším odporem do ramene s nižším odporem, a ručička galvanometru se bude vychylovat příslušným směrem.

Pokud jsou tedy potenciály bodů, ke kterým je galvanometr připojen, stejné, pak poměry hodnot horních a dolních rezistorů v ramenech budou stejné. Zrovnoprávněním těchto vztahů tedy získáme rovnici s jednou neznámou. Odpory R1, R2 a R3 by měly být zpočátku měřeny s vysokou přesností, poté bude přesnost nalezení odporu Rx (R4) vysoká.

Obvod Wheatstoneova můstku se často používá k měření teploty, když se zapne jedna z větví můstku odporový teploměr jako neznámý odpor.Každopádně čím větší je rozdíl odporů ve větvích, tím větší bude proud úhlopříčkou a při změně odporu se změní i diagonální proud.

Tato vlastnost Wheatstoneova můstku je tak oceňována těmi, kteří řeší problémy řízení a měření a vyvíjejí schémata řízení a automatizace. Sebemenší změna odporu v jedné z větví způsobí změnu proudu můstkem a tato změna se zaznamená. Namísto galvanometru může být do úhlopříčky můstku zařazen ampérmetr nebo voltmetr v závislosti na konkrétním obvodu a účelu studie.

Obecně lze pomocí Wheatstoneova můstku měřit různé veličiny: elastickou deformaci, osvětlení, vlhkost, tepelnou kapacitu atd. stačí do obvodu místo měřeného rezistoru zařadit odpovídající snímač, jehož citlivý prvek bude schopnost měnit odpor je v souladu se změnou naměřené hodnoty, i když to není elektrické. Obvykle je v takových případech připojen Wheatstoneův můstek prostřednictvím ADC, a další zpracování signálu, zobrazení informací na displeji, akce na základě přijatých dat — to vše zůstává otázkou technologie.