جسر قياس ويتستون واستخدامه

واحد من المشهورين بكثرة دوائر الجسرلا يزال يستخدم حتى اليوم في أدوات القياس وفي المختبرات الكهربائية ، وهو جسر قياس ويتستون ، الذي سمي على اسم المخترع الإنجليزي تشارلز ويتستون ، الذي اقترح هذا المخطط لقياس المقاومة في وقت مبكر من عام 1843.

جسر قياس Wheatstone هو في الأساس نظير كهربائي لتوازن الحزمة الصيدلانية ، حيث يتم استخدام طريقة مماثلة لقياس التعويض هنا.

يعتمد مبدأ تشغيل جسر القياس على معادلة إمكانات المحطات الوسطى لفرعين من المقاومين متصلين بشكل متوازٍ ، ولكل فرع مقاومتان. كجزء من أحد الفروع ، يتم تضمين المقاوم الذي تريد معرفة قيمته ، وفي الآخر - المقاوم ذو المقاومة القابلة للتعديل (مقاومة متغيرة أو مقياس الجهد).

من خلال التغيير السلس لقيمة المقاومة للمقاوم القابل للضبط ، يتم الحصول على قراءة صفرية على مقياس الجلفانومتر المتضمن في القطر بين نقطتي المنتصف للفرعين المذكورين.في الظروف التي يقرأ فيها الجلفانومتر الصفر ، ستكون إمكانات نقاط المنتصف متساوية وبالتالي يمكن حساب المقاومة المرغوبة بسهولة.

من الواضح أنه بالإضافة إلى المقاومات والجلفانومتر ، يجب أن تحتوي الدائرة على مصدر للجسر ، في الشكل يظهر كخلية كلفانية E. يتدفق التيار من الموجب إلى السالب ، بينما ينقسم بين الفرعين في تناسب عكسي لمقاوماتهم.

إذا كانت المقاومات العلوية والسفلية في ذراع الجسر هي نفسها في أزواج ، أي عندما تكون الذراعين متماثلتين تمامًا ، فلا يوجد سبب لظهور التيار عبر القطر ، نظرًا لاختلاف الجهد بين نقاط الاتصال الجلفانومتر يساوي صفرًا. في هذه الحالة ، يُقال أن الجسر متوازن أو متوازن.

إذا كانت المقاومات العلوية هي نفسها والمقاومات السفلية ليست كذلك ، فسوف يتدفق التيار قطريًا ، من ذراع المقاومة الأعلى إلى ذراع المقاومة المنخفضة ، وسوف تنحرف إبرة الجلفانومتر في الاتجاه المناسب.

لذلك ، إذا كانت إمكانات النقاط التي يتصل بها الجلفانومتر متساوية ، فإن نسب قيم المقاومات العلوية والسفلية في الذراعين ستكون متساوية مع بعضها البعض. وبالتالي ، عند مساواة هذه العلاقات ، نحصل على معادلة واحدة غير معروفة. يجب قياس المقاومة R1 و R2 و R3 بدقة عالية مبدئيًا ، ثم تكون دقة العثور على المقاوم Rx (R4) عالية.

غالبًا ما تستخدم دائرة جسر ويتستون لقياس درجة الحرارة عند تشغيل أحد فروع الجسر ميزان الحرارة المقاومة كمقاوم غير معروف.على أي حال ، كلما زاد الاختلاف في المقاومة في الفروع ، زاد التيار عبر القطر ، وعندما تتغير المقاومة ، سيتغير التيار القطري أيضًا.

تحظى هذه الخاصية لجسر ويتستون بتقدير كبير من قبل أولئك الذين يحلون مشاكل التحكم والقياس ويطورون مخططات التحكم والأتمتة. أدنى تغيير في المقاومة في أحد الفروع يسبب تغيرًا في التيار عبر الجسر ، ويتم تسجيل هذا التغيير. بدلاً من الجلفانومتر ، يمكن تضمين مقياس التيار أو الفولتميتر في قطري الجسر ، اعتمادًا على الدائرة المعينة والغرض من الدراسة.

بشكل عام ، باستخدام جسر ويتستون ، يمكنك قياس الكميات المختلفة: التشوه المرن ، والإضاءة ، والرطوبة ، والسعة الحرارية ، وما إلى ذلك ، يكفي فقط تضمين المستشعر المقابل في الدائرة بدلاً من المقاوم المقاس ، والذي سيكون العنصر الحساس فيه أن تكون قادرًا على تغيير المقاومة يتوافق مع التغير في القيمة المقاسة ، حتى لو لم تكن كهربائية. عادة في مثل هذه الحالات يتم توصيل جسر ويتستون من خلال ADC، والمزيد من المعالجة للإشارة ، وعرض المعلومات على الشاشة ، والإجراءات القائمة على البيانات المستلمة - كل هذا يظل مسألة تقنية.