Wheatstone híd áramkör elmélete és elve

Wheatstone-híd

Az elektrikus ellenállás pontos mérésére széles körben használják a Wheatstone-hídot. Két ismert ellenállás van, egy változó ellenállás és egy ismeretlen ellenállás, amelyek hídformában vannak összekapcsolva, ahogy az alábbi ábra mutatja. Az ismeretlen ellenállás értékének meghatározása során a változó ellenállást úgy állítják be, hogy a galvanométeren átmenő áram nulla legyen. Amikor a galvanométeren átmenő áram nulla, a két ismert ellenállás aránya pontosan megegyezik a beállított változó ellenállás és az ismeretlen ellenállás értékének arányával. Így a Wheatstone-híd segítségével könnyedén lehet megmérni az ismeretlen elektrikus ellenállás értékét.

Wheatstone-híd elmélete

A Wheatstone-híd áramkör általános elrendezése az alábbi ábrán látható. Négykarú hídáramkör, ahol az AB, BC, CD és AD karok elektromos ellenállásokat tartalmaznak, P, Q, S és R jelölésekkel.

Ezen ellenállások közül a P és a Q ismert, rögzített elektromos ellenállások, és ezeket a két karot aránykarakkant nevezik. Egy pontos és érzékeny galvanométer kapcsolódik a B és D terminálok között egy S₂ kapcsolóon keresztül.
A Wheatstone-híd feszültségforrása a terminálok A és C között van csatlakoztatva egy S₁ kapcsolóon keresztül, ahogy az ábra mutatja. Egy változó ellenállás, S, kapcsolódik a C és D pontok között. A D pont potenciálját a változó ellenállás értékének beállításával lehet változtatni. Tegyük fel, hogy I₁ és I₂ áramok folytanak az ABC és ADC utakon.

Ha változtatjuk a CD kar ellenállásának értékét, az I₂ áram értéke is változik, mivel az A és C közötti feszültség rögzített. Ha folyamatosan beállítjuk a változó ellenállást, akkor olyan helyzet alakulhat ki, amikor a S ellenálláson történő feszültségcsökkenés, azaz I₂·S, pontosan megegyezik a Q ellenálláson történő feszültségcsökkenéssel, azaz I₁·Q. Így a B pont potenciálja megegyezik a D pont potenciáljával, tehát a két pont közötti feszültségegység nulla, így a galvanométeren átmenő áram is nulla. Ekkor a galvanométer eltolódása nulla, amikor a S₂ kapcsolót bezárjuk.

Most, a Wheatstone-híd áramkörból

és

Most a B pont potenciálja a C pont viszonylatában nem más, mint a Q ellenálláson történő feszültségcsökkenés, ami

Ugyanakkor a D pont potenciálja a C pont viszonylatában nem más, mint az S ellenálláson történő feszültségcsökkenés, ami


Az (i) és (ii) egyenletek egyenlőségéből kapjuk:

Itt az előző egyenletben az S és a P/Q értékek ismertek, így az R értéke könnyen meghatározható.
A Wheatstone-híd P és Q ellenállásai adott arányúak, például 1:1, 10:1 vagy 100:1, és ezeket aránykaroknak nevezik. Az S rheostatkarral folyamatosan változtatható az 1 és 1000 Ω, vagy 1 és 10000 Ω között.
A fenti magyarázat a legalapvetőbb Wheatstone-híd elmélete.

Wheatstone-híd elmélet videó bemutatása

Kijelentés: Tiszteletben tartsa az eredeti anyagot, a jó cikkek megosztásra méltóak, ha sértést okoz, lépjen kapcsolatba a törlésével.