Podul Wheatstone

„Inima științei este măsurarea”, iar pentru măsurare circuitele de punte sunt utilizate pentru a găsi tot felul de parametri electrici și electronici. Am studiat mai multe poduri în măsurarea și instrumentarea electrică și electronică. Tabelul de mai jos prezintă diferite punți cu utilizările lor:

S.Nr.	Numele podului	Parametru care trebuie stabilit
1.	Wheatstone	măsurați o rezistență necunoscută
2.	Anderson	măsurați autoinductivitatea bobinei
3.	De-sauty	măsurând o valoare foarte mică a capacității
4.	Maxwell	măsurați o inductanță necunoscută
5.	Kelvin	folosit pentru măsurarea rezistențelor electrice necunoscute sub 1 ohm.
6.	Noi in	măsurarea capacității în termeni de rezistență și frecvență
7.	Fân	măsurarea inductorului necunoscut de valoare mare

Aici vom vorbi despre podul Wheatstone folosit pentru măsurarea rezistenței necunoscute. Multimetrul digital acum o zi ajută la măsurarea rezistenței într-un mod simplu. Dar avantajul punții Wheatstone asupra acestui lucru este de a oferi măsurarea unor valori foarte mici de rezistență în intervalul de mili-ohmi.

Podul Wheatstone

Samuel Hunter Christie a inventat podul Wheatstone în 1833 și acest pod a fost îmbunătățit și popularizat de Sir Charles Wheatstone în 1843. Podul Wheatstone este interconectarea a patru rezistențe care formează un pod. Cele patru rezistențe din circuit sunt denumite brațe de punte. Podul este utilizat pentru găsirea valorii unei rezistențe necunoscute conectate cu două rezistențe cunoscute, un rezistor variabil și un galvanometru. Pentru a găsi valoarea rezistenței necunoscute, devierea la galvanometru a fost făcută la zero prin ajustarea rezistenței variabile. Acest punct este cunoscut ca punct de echilibru al podului Wheatstone.

Derivare

După cum putem vedea în figură, R1 și R2 sunt rezistențe cunoscute. R3 este rezistor variabil și Rx este rezistență necunoscută. Podul este conectat la sursa de curent continuu (baterie).

Acum, dacă Bridge este în stare echilibrată, atunci nu ar trebui să curgă curent prin galvanometru și același curent I1 va curge în profunzime R1 și R2. Același lucru este valabil și pentru R3 și Rx, înseamnă că fluxul de curent (I2) R3 și Rx vor rămâne aceleași. Deci, mai jos sunt calculele pentru a afla valoarea de rezistență necunoscută atunci când podul este în stare echilibrată (fără curent de curent între punctele C și D).

V = IR (prin legea lui ohm) VR1 = I1 * R1… ecuația (1) VR2 = I1 * R2… ecuația (2) VR3 = I2 * R3… ecuația (3) VRx = I2 * Rx… ecuația (4)

Căderea de tensiune pe R1 și R3 este aceeași, iar căderea de tensiune la R2 și R4 este, de asemenea, aceeași în starea de punte echilibrată.

I1 * R1 = I2 * R3… ecuația (5) I1 * R2 = I2 * Rx… ecuația (6)

La divizarea ecuației (5) și a ecuației (6)

R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1

Deci, de aici obținem valoarea Rx, care este rezistența noastră necunoscută și, prin urmare, acesta ajută puntea Wheatstone la măsurarea unei rezistențe necunoscute.

Operațiune

Practic, rezistența variabilă este ajustată până când valoarea curentului prin galvanometru devine zero. În acel moment, podul este numit ca pod Wheatstone echilibrat. Obținerea curentului zero prin galvanometru oferă o precizie ridicată, deoarece o schimbare minoră a rezistenței variabile poate perturba starea echilibrului.

Așa cum se arată în figură, există patru rezistențe în punțile R1, R2, R3 și Rx. În cazul în care R1 și R2 sunt rezistența necunoscută, R3 este rezistența variabilă și Rx este rezistența necunoscută. Dacă raportul dintre rezistențele cunoscute este egal cu raportul dintre rezistența variabilă ajustată și rezistența necunoscută, în acea stare nu va curge curent prin galvanometru.

În stare echilibrată,

R1 / R2 = R3 / Rx

Acum, în acest moment avem valoarea R1 , R2 și R3, deci este ușor să găsiți valoarea Rx din formula de mai sus.

Din starea de mai sus, Rx = R2 * R3 / R1

Prin urmare, valoarea rezistenței necunoscute este calculată prin această formulă, dat fiind că curentul prin galvanometru este zero.

Deci, trebuie să ajustăm potențiometrul până la punctul în care tensiunea la C și D va fi egală, în acea condiție curentul prin punctele C și D va fi zero, iar citirea galvanometrului va fi zero, în acea poziție particulară se va apela la Wheatstone Bridge Stare echilibrată. Această operațiune completă este explicată în videoclipul prezentat mai jos:

Exemplu

Să luăm un exemplu pentru înțelegerea conceptului de punte Wheatstone, deoarece luăm un pod dezechilibrat pentru a calcula valoarea adecvată pentru Rx (rezistență necunoscută) pentru a echilibra podul. După cum știm dacă diferența de cădere de tensiune în punctele C și D este zero, atunci podul este în stare de echilibru.

Conform schemei de circuit, Pentru primul braț ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs

La introducerea valorilor în formula de mai sus, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volți

Pentru cel de-al doilea braț ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volți

Deci, diferența de tensiune dintre punctele C și D este:

Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 volți

Dacă diferența de cădere de tensiune între C și D este pozitivă sau negativă (pozitivă sau negativă arată direcția dezechilibrului), arată că puntea este dezechilibrată și pentru a-l echilibra avem nevoie de o valoare diferită a rezistenței înlocuirea R4.

Valoarea rezistorului R4 necesară pentru echilibrarea circuitului este:

R4 = (R2 * R3) / R1 (starea punții de echilibrare) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm

Prin urmare, valoarea lui R4 necesară pentru echilibrarea podului este de 720 Ω, deoarece dacă podul este echilibrat, diferența de cădere de tensiune în C și D este zero și dacă puteți utiliza un rezistor de 720 Ω, diferența de tensiune va fi zero.

Aplicații

• Utilizat în principal în măsurarea unei valori foarte scăzute a rezistenței necunoscute cu un interval de mili-ohmi.
• Dacă folosim un varistor cu punte Wheatstone, putem identifica și valoarea unor parametri precum capacitatea, inductanța și impedanța.
• Prin utilizarea punții Wheatstone cu amplificator operațional ajută la măsurarea diferiților parametri precum temperatura, tensiunea, lumina etc.