„Srdcem vědy je měření“ a pro měření se můstkové obvody používají k nalezení všech druhů elektrických a elektronických parametrů. Studovali jsme několik mostů v oblasti měření a instrumentace elektrických a elektronických zařízení. Níže uvedená tabulka ukazuje různé mosty s jejich použitím:
| Č. | Název mostu | Parametr, který se má určit |
| 1. | Wheatstone | změřit neznámý odpor |
| 2. | Anderson | změřte vlastní indukčnost cívky |
| 3. | De-sauty | měření velmi malé hodnoty kapacity |
| 4. | Maxwell | změřte neznámou indukčnost |
| 5. | Kelvin | slouží k měření neznámých elektrických odporů pod 1 ohm. |
| 6. | Wein | měření kapacity z hlediska odporu a frekvence |
| 7. | Seno | měření neznámého induktoru vysoké hodnoty |
Zde budeme hovořit o Wheatstoneově můstku používaném pro měření neznámého odporu. Digitální multimetr now-a-days pomáhá při měření odporu jednoduchým způsobem. Výhodou Wheatstoneova můstku je však to, že poskytuje měření velmi nízkých hodnot odporu v rozsahu miliohmů.
Wheatstoneův most
Samuel Hunter Christie vynalezl Wheatstoneův most v roce 1833 a tento most byl vylepšen a popularizován sirem Charlesem Wheatstoneem v roce 1843. Wheatstoneův most je propojení čtyř odporů tvořících most. Čtyři odpor v obvodu se označují jako ramena mostu. Můstek se používá pro zjištění hodnoty neznámého odporu spojeného se dvěma známými rezistory, jedním proměnným rezistorem a galvanometrem. Chcete-li zjistit hodnotu neznámého odporu, průhyb na galvanometru se vynuluje úpravou proměnného odporu. Tento bod je znám jako rovnovážný bod Wheatstoneova mostu.
Derivace
Jak vidíme na obrázku, R1 a R2 jsou známé rezistory. R3 je proměnný rezistor a Rx je neznámý odpor. Můstek je připojen ke zdroji stejnosměrného proudu (baterii).
Nyní, pokud je Bridge ve vyváženém stavu, neměl by protékat galvanometrem žádný proud a stejný proud I1 protéká přes R1 a R2. Totéž platí pro R3 a Rx, což znamená, že tok proudu (I2) důkladný R3 a Rx zůstane stejný. Níže jsou tedy výpočty pro zjištění neznámé hodnoty odporu, když je most v rovnovážném stavu (žádný proudový proud mezi body C a D).
V = IR (podle Ohmova zákona) VR1 = I1 * R1… rovnice (1) VR2 = I1 * R2… rovnice (2) VR3 = I2 * R3… rovnice (3) VRx = I2 * Rx… rovnice (4)
Pokles napětí na R1 a R3 je stejný a pokles napětí na R2 a R4 je také stejný v podmínkách vyváženého můstku.
I1 * R1 = I2 * R3… rovnice (5) I1 * R2 = I2 * Rx… rovnice (6)
O dělení rovnice (5) a rovnice (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Odtud tedy dostaneme hodnotu Rx, což je náš neznámý odpor, a proto takto Wheatstoneův můstek pomáhá při měření neznámého odporu.
Úkon
Prakticky se proměnný odpor upravuje, dokud se hodnota proudu přes galvanometr nestane nulovou. V tomto bodě se most nazývá jako vyvážený Wheatstoneův most. Získání nulového proudu pomocí galvanometru poskytuje vysokou přesnost, protože malá změna variabilního odporu může narušit stav rovnováhy.
Jak je znázorněno na obrázku, v můstku R1, R2, R3 a Rx jsou čtyři odpor. Kde R1 a R2 jsou neznámý odpor, R3 je proměnný odpor a Rx je neznámý odpor. Pokud je poměr známých odporů roven poměru nastaveného proměnného odporu a neznámého odporu, v takovém případě nebude galvanometrem protékat žádný proud.
Ve vyváženém stavu,
R1 / R2 = R3 / Rx
Nyní v tomto okamžiku máme hodnotu R1 , R2 a R3, takže je snadné najít hodnotu Rx z výše uvedeného vzorce.
Z výše uvedené podmínky
Rx = R2 * R3 / R1
Proto je hodnota neznámého odporu vypočítána pomocí tohoto vzorce, vzhledem k tomu, že proud procházející galvanometrem je nula.
Takže musíme upravit potenciometr do bodu, kdy bude napětí na C a D stejné, za těchto podmínek bude proud v bodě C a D nulový a hodnota galvanometru bude nula, v této konkrétní poloze bude vyvolán Wheatstoneův most Vyvážený stav. Tato úplná operace je vysvětlena v níže uvedeném videu:
Příklad
Vezměme si příklad pro pochopení konceptu Wheatstoneova můstku, protože vezmeme nevyvážený můstek pro výpočet příslušné hodnoty pro Rx (neznámý odpor) pro vyvážení můstku. Jak víme, pokud je rozdíl poklesu napětí v bodě C a D nulový, pak je most v rovnovážném stavu.
Podle schématu zapojení
Pro první rameno ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Při uvádění hodnot do výše uvedeného vzorce
Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 voltů
Pro druhé rameno ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volty
Rozdíl napětí mezi body C a D je tedy:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 voltů
Pokud je rozdíl poklesu napětí napříč C a D kladný nebo záporný (kladný nebo záporný ukazuje směr nevyváženosti), ukazuje to, že můstek je nevyvážený a pro jeho vyvážení potřebujeme jinou hodnotu odporu místo R4.
Hodnota odporu R4 potřebná pro vyvážení obvodu je:
R4 = (R2 * R3) / R1 (podmínka vyvážení můstku) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Proto je hodnota R4 potřebná k vyvážení můstku 720 Ω, protože pokud je most vyvážený, rozdíl poklesu napětí napříč C a D je nulový a pokud můžete použít odpor 720 Ω, bude rozdíl napětí nulový.
Aplikace
- Používá se hlavně při měření velmi nízké hodnoty neznámého odporu s rozsahem miliohmů.
- Pokud použijeme varistor s Wheatstoneovým můstkem, můžeme také identifikovat hodnotu některých parametrů, jako je kapacita, indukčnost a impedance.
- Použitím Wheatstoneova můstku s operačním zesilovačem pomáhá při měření různých parametrů, jako je teplota, napětí, světlo atd.