Teemad:
- Sissejuhatus
- Wheatstone'i sild tasakaalus
- Tasakaalustamata sild Wheatstone'ist (takistusväärtused on teada)
- Tundmatu takistuse väärtusega Wheatstone'i sild
Eessõna:
Wheatstone'i sild on elektriline sillaahel konstantse või muutuva elektritakistuse täpseks mõõtmiseks. Seda vooluringi saab kasutada füüsikaliste suuruste, nagu temperatuur ja rõhk, mõõtmiseks, nagu näeme õhumassimõõtur (kuuma traadi temperatuur) ja MAP sensor (rõhk sisselaskekollektoris).
Wheatstone'i sillas on neid neli takistid, millest kolmel on teadaolev takistus ja ühel on tundmatu takistus. Sild koosneb tegelikult kahest paralleelselt ühendatud pingejaoturist.
Pildil näeme takisteid R1 kuni R3 (teadaolevad takistuse väärtused) ja Rx (teadmata), kusjuures voltmeeter asub kahe pingejaguri keskel ja pingeallikas sillast vasakul.
Wheatstone'i sild on tasakaalustatud, kui punktide b ja c vaheline väljundpinge on 0 volti. Järgmistes lõikudes on näidatud erinevaid olukordi.
Wheatstone'i sild tasakaalus:
Wheatstone'i sild on tasakaalustatud või tasakaalustatud, kui väljundpinge on 0 volti, kuna takistuse väärtused vasakul ja paremal on üksteisega proportsionaalsed.
Selle jaotise vooluahel on joonistatud erinevalt eelmisest jaotisest, kuid põhineb samal toimingul.
- takistite R1 ja R2 takistus on 270 ja 330 Ω. Kokku on see 600 Ω;
- takistite R3 ja Rx takistus on 540 ja 660 Ω. Kokkuvõttes on see 1200 Ω.
Vasakul ja paremal asuvate takistite suhted on samad. See tähendab, et takistuste suhted ja pingelangud on võrdsed R1 ja R3, samuti R2 ja Rx vahel.
Allolevad valemid näitavad võrdseid takistuse suhteid ja pingelangusi:
en 
Teadaoleva toitepinge ja takistuse väärtuste korral saame määrata takistite pingelangused ja seega ka pingete erinevuse punktide b ja c vahel. Allolevas näites arvutame pinge erinevuse punktide b ja c vahel tasakaalustatud Wheatstone'i silla jaoks. Teadmised Ohmi seadus ja arvutada jada- ja paralleelahelad on nõue.
1. arvutage voolud läbi takistite R1 ja R2 (RV = asendustakistus):
2. arvutage pingelang takistitel R1 ja R2:
3. arvutage voolud läbi takistite R1 ja R2:
4. arvutage pingelang takistitel R3 ja Rx:
Pinge punktides b ja c on 5,4 volti. Potentsiaalide erinevus on 0 volti.
Tasakaalustamata sild Wheatstone'ist (takistusväärtused on teada):
Rx takistuse muutumise tulemusena läheb Wheatstone'i sild tasakaalust välja. Takistuse muutus võib toimuda näiteks muutuva temperatuuri tõttu, kus Rx on a termistor on. Pingejagur R1 ja R2 vahel jääb samaks, kuid mitte R3 ja Rx vahel. Kuna pingejagur seal muutub, saame punktis c erineva pinge. Selles näites on Rx takistuse väärtus langenud 600 Ω-lt 460 Ω-ni.
1. arvutage voolud läbi takistite R1 ja R2:
2. arvutage pingelang takistitel R1 ja R2:
4. arvutage pingelang takistitel R3 ja Rx:
Kahes näites on Rx takistuse väärtus muutunud 660 Ω-lt 460 Ω-ni. See takistuse muutus põhjustas bc vahelise pinge muutumise 0 voltilt 1,08 voltile. Kui see Wheatstone'i sild on sisse ehitatud anduri elektroonikasse, nähakse 1,08 volti pinget signaalipingena. See signaalipinge saadetakse signaaljuhtme kaudu ECU-sse. The A/D muundur ECU-s teisendab analoogpinge digitaalseks sõnumiks, mida mikroprotsessor saab lugeda.
Tundmatu takistuse väärtusega Wheatstone'i sild:
Eelmistes osades eeldasime teadaolevat takistuse väärtust Rx. Kuna see takistuse väärtus on muutuv, saame minna sammu kaugemale ja arvutada selle takistuse väärtuse, et tasakaalustada Wheatstone'i silla.
Selles vooluringis on R1 ja R2 jällegi 270 ja 330 Ω. R3 takistust on vähendatud 100 Ω-ni ja Rx pole teada. Kui lisaks takistuse väärtusele on teadmata ka pinged ja voolud, saame takistuse väärtuse Rx arvutada kahel viisil:
1. viis:
1. kõigepealt vaatame üldist valemit ja seejärel sisestame takistuse väärtused:
-> 
2. 270 ja 100 vahel on tegur 2,7, nagu ka 330 ja tundmatu väärtuse vahel.
Jagades 330 2,7-ga, saame takistuseks 122,2 Ω.
2. viis:
1. üldvalemi kaudu, milles takistused ristkorrutame:
2. teisendame valemi, võttes Rx = vasakult küljelt ja jagades R1-ga. Samuti saame takistuse väärtuseks 122,2 Ω.
Loomulikult kontrollime, kas meil on tasakaalustatud sild, mille takistus on eelnevalt arvutatud 122 Ω.
Takistid R1 ja R2 koos voolude ja osapingetega on samad, mis lõigetes 1 ja 2 toodud näidetes, seega loetakse neid teadaolevateks. Keskendume silla paremale küljele.
1. arvutage vool läbi R3 ja Rx:
2. arvutage pingelang takistitel R3 ja Rx:
Punktide b ja c pingeerinevus on 0 volti, kuna takistid R1 ja R3 neelavad mõlemad 5,4, seega on sild nüüd tasakaalus.
Seotud lehed:
