Teoria i zasada obwodu mostowego Wheatstone'a

Mostek Wheatstone'a

Do dokładnego pomiaru jakiejkolwiek elektrycznej oporności szeroko stosowany jest mostek Wheatstone'a. Są dwie znane oporniki, jeden zmienny opornik i jeden nieznany opornik połączony w formie mostka, jak pokazano poniżej. Poprzez dostosowanie zmiennego opornika prąd przez galwanometr zostaje przeskalowany do zera. Gdy prąd przez galwanometr staje się równy zero, stosunek dwóch znanych oporników jest dokładnie taki sam jak stosunek dostosowanej wartości zmiennego oporu do wartości nieznanego oporu. W ten sposób wartość nieznanej elektrycznej oporności można łatwo zmierzyć za pomocą mostka Wheatstone'a.

Teoria mostka Wheatstone'a

Ogólna konfiguracja układu mostka Wheatstone'a jest pokazana na poniższym rysunku. Jest to czteroramienne mostkowe obwody, gdzie ramiona AB, BC, CD i AD składają się odpowiednio z oporności P, Q, S i R.

Spośród tych oporności, P i Q są znane stałe oporności elektryczne i te dwa ramiona nazywane są ramionami proporcji. Dokładny i wrażliwy galwanometr jest podłączony między terminale B i D poprzez przełącznik S2.
Źródło napięcia tego mostka Wheatstone'a jest podłączone do terminali A i C poprzez przełącznik S1, jak pokazano. Zmienny opornik S jest podłączony między punktem C a D. Potencjał w punkcie D można zmienić, dostosowując wartość zmiennego opornika. Przypuśćmy, że prądy I1 i I2 płyną odpowiednio przez ścieżki ABC i ADC.

Jeśli zmienimy wartość oporności elektrycznej ramienia CD, wartość prądu I2 również ulegnie zmianie, ponieważ napięcie między A i C jest stałe. Jeśli będziemy kontynuować dostosowywanie zmiennego oporu, może dojść do sytuacji, gdy spadek napięcia na oporniku S, czyli I2.S, będzie dokładnie równy spadkowi napięcia na oporniku Q, czyli I1.Q. W ten sposób potencjał w punkcie B staje się równy potencjałowi w punkcie D, więc różnica potencjałów między tymi dwoma punktami wynosi zero, a prąd przez galwanometr jest zerowy. Wtedy odchylenie galwanometru wynosi zero, gdy przełącznik S2 jest zamknięty.

Teraz, z układu mostka Wheatstone'a

i

Teraz potencjał punktu B względem punktu C to nic innego jak spadek napięcia na oporniku Q, co wynosi

Znowu potencjał punktu D względem punktu C to nic innego jak spadek napięcia na oporniku S, co wynosi


Równając równania (i) i (ii) otrzymujemy,

W powyższym równaniu, wartości S i P/Q są znane, więc wartość R można łatwo określić.
Oporności elektryczne P i Q mostka Wheatstone'a są wykonane w określonym stosunku, takim jak 1:1, 10:1 lub 100:1, nazywanym ramionami proporcji, a S, ramie reostatu, jest ciągle zmienna od 1 do 1000 Ω lub od 1 do 10000 Ω.
Powyższe wyjaśnienie to najbardziej podstawowa teoria mostka Wheatstone'a.

Prezentacja wideo teorii mostka Wheatstone'a

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto dzielić, w przypadku naruszenia praw autorskich proszę o kontakt w celu usunięcia.