المواضيع:
- مقدمة
- جسر ويتستون في حالة توازن
- جسر غير متوازن من ويتستون (قيم المقاومة معروفة)
- جسر ويتستون ذو قيمة مقاومة غير معروفة
مقدمة:
جسر ويتستون عبارة عن دائرة جسر كهربائية لقياس المقاومة الكهربائية الثابتة أو المتغيرة بدقة. يمكن استخدام هذه الدائرة لقياس الكميات الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط كما نرى في مقياس كتلة الهواء (درجة حرارة السلك الساخن) و خريطة الاستشعار (الضغط في مشعب السحب).
هناك أربعة في جسر ويتستون المقاوماتثلاثة منها لها مقاومة معروفة، وواحدة لها مقاومة مجهولة. يتكون الجسر في الواقع من مجزئين للجهد متصلين بالتوازي.
في الصورة نرى المقاومات R1 إلى R3 (قيم المقاومة المعروفة) وRx (غير معروفة)، مع وجود الفولتميتر في منتصف مقسمي الجهد ومصدر الجهد على يسار الجسر.
يكون جسر ويتستون متوازنًا عندما يكون جهد الخرج بين النقطتين b وc مساويًا لـ 0 فولت. يتم عرض المواقف المختلفة في الفقرات التالية.
جسر ويتستون في الميزان:
يكون جسر ويتستون متوازنا أو متوازنا عندما يكون جهد الخرج يساوي 0 فولت، لأن قيم المقاومة على اليسار واليمين تتناسب مع بعضها البعض.
تم رسم الدائرة في هذا القسم بشكل مختلف عن القسم السابق، ولكنها تعتمد على نفس العملية.
- المقاومات R1 و R2 لها مقاومة 270 و 330 أوم. وإذا جمعناها معًا نحصل على 600 أوم؛
- المقاومات R3 وRx لها مقاومة 540 و660 أوم. وبجمع هذا معًا يكون 1200 Ω.
النسب بين المقاومات الموجودة على اليسار واليمين هي نفسها. وهذا يعني أن نسب المقاومة وهبوط الجهد متساوية بين R1 وR3، وكذلك R2 وRx.
توضح الصيغ أدناه نسب المقاومة المتساوية وانخفاض الجهد:
en 
من خلال قيم جهد الإمداد والمقاومة المعروفة، يمكننا تحديد انخفاض الجهد عبر المقاومات، وبالتالي فرق الجهد بين النقطتين b وc. في المثال أدناه نحسب فرق الجهد بين النقطتين b وc لجسر ويتستون المتوازن. المعرفة قانون أوم واحسب مع الدوائر المتوالية والمتوازية هو شرط.
1. حساب التيارات من خلال المقاومات R1 و R2 (RV = مقاومة الاستبدال):
2. حساب انخفاض الجهد عبر المقاومات R1 و R2:
3. حساب التيارات من خلال المقاومات R1 و R2:
4. حساب انخفاض الجهد عبر المقاومات R3 و Rx:
الجهد عند النقطتين ب و ج هو 5,4 فولت. فرق الجهد يساوي 0 فولت.
جسر غير متوازن من ويتستون (قيم المقاومة معروفة):
ونتيجة للتغير في مقاومة Rx، سيصبح جسر ويتستون غير متوازن. يمكن أن يحدث تغير المقاومة نتيجة، على سبيل المثال، لتغير درجة الحرارة، حيث Rx هو a الثرمستور يكون. سيبقى مقسم الجهد بين R1 وR2 كما هو، ولكن ليس بين R3 وRx. ونظرًا لأن مقسم الجهد يتغير هناك، فإننا نحصل على جهد مختلف عند النقطة c. في هذا المثال، انخفضت قيمة المقاومة Rx من 600 Ω إلى 460 Ω.
1. حساب التيارات من خلال المقاومات R1 و R2:
2. حساب انخفاض الجهد عبر المقاومات R1 و R2:
4. حساب انخفاض الجهد عبر المقاومات R3 و Rx:
في المثالين، تغيرت قيمة مقاومة Rx من 660 Ω إلى 460 Ω. أدى هذا التغيير في المقاومة إلى تغير الجهد بين BC من 0 فولت إلى 1,08 فولت. إذا تم بناء جسر ويتستون هذا في أجهزة الاستشعار الإلكترونية، فإن الجهد الكهربي 1,08 فولت يُنظر إليه على أنه جهد إشارة. يتم إرسال جهد الإشارة هذا إلى وحدة التحكم الإلكترونية عبر سلك الإشارة. ال محول A/D في وحدة التحكم الإلكترونية يحول الجهد التناظري إلى رسالة رقمية يمكن قراءتها بواسطة المعالج الدقيق.
جسر ويتستون ذو قيمة مقاومة غير معروفة:
في الأقسام السابقة افترضنا قيمة مقاومة معروفة تبلغ Rx. نظرًا لأن قيمة المقاومة هذه متغيرة، يمكننا المضي قدمًا وحساب قيمة المقاومة هذه لموازنة جسر ويتستون.
في هذه الدائرة، تبلغ قيمة R1 وR2 مرة أخرى 270 و330 Ω. تم تقليل مقاومة R3 إلى 100 Ω وRx غير معروف. إذا كانت الفولتية والتيارات غير معروفة أيضًا، بالإضافة إلى قيمة المقاومة، فيمكننا حساب قيمة المقاومة Rx بطريقتين:
الطريقة 1:
1. ننظر أولاً إلى الصيغة العامة ثم ندخل قيم المقاومة:
-> 
2. يوجد عامل 270 بين 100 و2,7، وكذلك بين 330 والقيمة المجهولة.
بقسمة 330 على 2,7 نصل إلى مقاومة قدرها 122,2 أوم.
الطريقة 2:
1. عبر الصيغة العامة التي نضرب فيها المقاومات:
2. نقوم بتحويل الصيغة عن طريق أخذ Rx من الجانب الأيسر لـ = والقسمة على R1. نصل أيضًا إلى قيمة مقاومة تبلغ 122,2 أوم.
وبطبيعة الحال، نتحقق مما إذا كان لدينا جسر متوازن بمقاومة محسوبة مسبقًا تبلغ 122 أوم.
المقاومات R1 و R2 ذات التيارات والفولتية الجزئية هي نفسها الموجودة في الأمثلة في الفقرتين 1 و 2، لذلك تعتبر معروفة. نحن نركز على الجانب الأيمن من الجسر.
1. حساب التيار من خلال R3 و Rx:
2. حساب انخفاض الجهد عبر المقاومات R3 و Rx:
فرق الجهد بين النقطتين b وc هو 0 فولت لأن المقاومتين R1 وR3 تمتصان 5,4، وبالتالي فإن الجسر الآن متوازن.
الصفحات ذات الصلة:
