Предмети:
- въведение
- Мостът Уитстоун в баланс
- Небалансиран мост от Wheatstone (известни стойности на съпротивление)
- Мост на Уитстоун с неизвестна стойност на съпротивлението
Предговор:
Мостът на Уитстоун е електрическа мостова верига за точно измерване на постоянно или променящо се електрическо съпротивление. Тази верига може да се използва за измерване на физически величини като температура и налягане, както виждаме в измервател на въздушна маса (температура на горещия проводник) и MAP сензор (налягане във всмукателния колектор).
В моста на Уитстоун има четири резистори, три от които са с известно съпротивление, а едно с неизвестно съпротивление. Мостът всъщност се състои от два паралелно свързани делителя на напрежението.
На изображението виждаме резисторите R1 до R3 (известни стойности на съпротивление) и Rx (неизвестни), с волтметър в средата на двата делителя на напрежението и източник на напрежение отляво на моста.
Мостът на Уитстоун е балансиран, когато изходното напрежение между точки b и c е равно на 0 волта. В следващите параграфи са показани различни ситуации.
Мостът Уитстоун в баланс:
Мостът на Уитстоун е балансиран или балансиран, когато изходното напрежение е равно на 0 волта, тъй като стойностите на съпротивлението отляво и отдясно са пропорционални една на друга.
Веригата в този раздел е начертана по различен начин от предишния раздел, но се основава на същата операция.
- резисторите R1 и R2 имат съпротивление 270 и 330 Ω. Сумирано това е 600 Ω;
- резисторите R3 и Rx имат съпротивление 540 и 660 Ω. Сумирано това е 1200 Ω.
Съотношенията между резисторите отляво и отдясно са еднакви. Това означава, че съотношенията на съпротивлението и спадовете на напрежението са равни между R1 и R3, както и R2 и Rx.
Формулите по-долу показват равните съотношения на съпротивлението и спадовете на напрежението:
en 
С известно захранващо напрежение и стойности на съпротивление, можем да определим падането на напрежението през резисторите и по този начин разликата в напрежението между точки b и c. В примера по-долу изчисляваме разликата в напрежението между точки b и c за балансиран мост на Уитстон. Знанието на Закон на Ом и изчислете с последователни и паралелни вериги е изискване.
1. изчислете токовете през резистори R1 и R2 (RV = заместващо съпротивление):
2. изчислете спада на напрежението на резисторите R1 и R2:
3. изчислете токовете през резисторите R1 и R2:
4. изчислете спада на напрежението на резисторите R3 и Rx:
Напрежението в точки b и c е 5,4 волта. Потенциалната разлика е равна на 0 волта.
Небалансиран мост от Wheatstone (известни стойности на съпротивление):
В резултат на промяна в съпротивлението на Rx, мостът на Уитстоун ще стане небалансиран. Промяната на съпротивлението може да възникне поради, например, промяна на температурата, където Rx е a РТС е. Делителят на напрежението между R1 и R2 ще остане същият, но не и между R3 и Rx. Тъй като делителят на напрежението се променя там, получаваме различно напрежение в точка c. В този пример стойността на съпротивлението на Rx е спаднала от 600 Ω на 460 Ω.
1. изчислете токовете през резисторите R1 и R2:
2. изчислете спада на напрежението на резисторите R1 и R2:
4. изчислете спада на напрежението на резисторите R3 и Rx:
В двата примера стойността на съпротивлението на Rx се е променила от 660 Ω на 460 Ω. Тази промяна в съпротивлението доведе до промяна на напрежението между bc от 0 волта до 1,08 волта. Ако този мост на Уитстоун е вграден в сензорната електроника, напрежението от 1,08 волта се разглежда като сигнално напрежение. Това сигнално напрежение се изпраща към ECU чрез сигнален проводник. The A/D конвертор в ECU преобразува аналоговото напрежение в цифрово съобщение, което може да бъде прочетено от микропроцесора.
Мост на Уитстоун с неизвестна стойност на съпротивление:
В предишните раздели приехме известна стойност на съпротивлението на Rx. Тъй като тази стойност на съпротивлението е променлива, можем да отидем още една стъпка и да изчислим тази стойност на съпротивление, за да балансираме моста на Уитстоун.
В тази верига R1 и R2 отново са 270 и 330 Ω. Съпротивлението на R3 е намалено до 100 Ω и Rx е неизвестен. Ако в допълнение към стойността на съпротивлението напреженията и токовете също са неизвестни, можем да изчислим стойността на съпротивлението Rx по два начина:
Начин 1:
1. първо разглеждаме общата формула и след това въвеждаме стойностите на съпротивлението:
-> 
2. Между 270 и 100 има коефициент 2,7, както и между 330 и неизвестната стойност.
Като разделим 330 на 2,7, получаваме съпротивление от 122,2 Ω.
Начин 2:
1. чрез общата формула, в която кръстосано умножаваме съпротивленията:
2. преобразуваме формулата, като вземем Rx от лявата страна на = и разделим на R1. Също така достигаме до стойност на съпротивлението от 122,2 Ω.
Естествено, проверяваме дали имаме балансиран мост с предварително изчисленото съпротивление от 122 Ω.
Резисторите R1 и R2 с токовете и частичните напрежения са същите като в примерите в параграфи 1 и 2, така че се считат за известни. Фокусираме се върху дясната страна на моста.
1. изчислете тока през R3 и Rx:
2. изчислете спада на напрежението на резисторите R3 и Rx:
Разликата в напрежението между точки b и c е 0 волта, тъй като резисторите R1 и R3 поглъщат 5,4, така че мостът сега е балансиран.
Свързани страници:
