Viðfangsefni:
- Inngangur
- Wheatstone Bridge í jafnvægi
- Ójafnvægi brú frá Wheatstone (viðnámsgildi þekkt)
- Wheatstone brú með óþekkt mótstöðugildi
Kynning:
Wheatstone brúin er rafmagnsbrúarrás til að mæla nákvæmlega stöðuga eða breytilega rafviðnám. Þessa hringrás er hægt að nota til að mæla líkamlegar stærðir eins og hitastig og þrýsting, eins og við sjáum í loftmassamælir (hitastig heita vírsins) og MAP skynjari (þrýstingur í inntaksgreininni).
Þeir eru fjórir í Wheatstone-brúnni viðnám, þar af þrír með þekkta mótstöðu og einn með óþekkta mótstöðu. Brúin samanstendur í raun af tveimur spennuskilum sem tengdir eru samhliða.
Á myndinni sjáum við viðnám R1 til R3 (þekkt viðnámsgildi) og Rx (óþekkt), með spennumæli í miðjum spennuskilunum tveimur og spennugjafa vinstra megin við brúna.
Wheatstone brúin er í jafnvægi þegar útgangsspennan milli punkta b og c er jöfn 0 voltum. Ýmsar aðstæður eru sýndar í eftirfarandi málsgreinum.
Wheatstone brú í jafnvægi:
Wheatstone brúin er jafnvægi eða jafnvægi þegar úttaksspennan er jöfn 0 voltum, vegna þess að viðnámsgildin til vinstri og hægri eru í hlutfalli við hvert annað.
Hringrásin í þessum kafla er teiknuð öðruvísi en í fyrri hlutanum, en byggir á sömu aðgerð.
- viðnám R1 og R2 er með viðnám 270 og 330 Ω. Samanlagt er þetta 600 Ω;
- viðnám R3 og Rx eru með viðnám 540 og 660 Ω. Samanlagt er þetta 1200 Ω.
Hlutföllin milli viðnámanna til vinstri og hægri eru þau sömu. Þetta þýðir að viðnámshlutföll og spennufall eru jöfn á milli R1 og R3, sem og R2 og Rx.
Formúlurnar hér að neðan sýna jöfn viðnámshlutföll og spennufall:
en 
Með þekktum framboðsspennu og viðnámsgildum getum við ákvarðað spennufall yfir viðnám og þar með spennumun milli punkta b og c. Í dæminu hér að neðan reiknum við spennumuninn á milli punkta b og c fyrir jafnvægi Wheatstone brú. Þekkingin á Lögmál Ohms og reikna með rað- og samhliða hringrásir er krafa.
1. reiknaðu út strauma í gegnum viðnám R1 og R2 (RV = skiptaviðnám):
2. reiknaðu spennufallið yfir viðnám R1 og R2:
3. reiknaðu út strauma í gegnum viðnám R1 og R2:
4. reiknaðu spennufallið yfir viðnám R3 og Rx:
Spenna í punktum b og c er 5,4 volt. Mögulegur munur er jafn 0 volt.
Ójafnvægi brú frá Wheatstone (viðnámsgildi þekkt):
Sem afleiðing af breytingu á viðnám Rx mun Wheatstone brúin verða í ójafnvægi. Viðnámsbreytingin getur orðið vegna td breytilegs hitastigs, þar sem Rx er a hitastillir er. Spennuskilið milli R1 og R2 verður óbreytt, en ekki á milli R3 og Rx. Þar sem spennuskiptingin breytist þar fáum við aðra spennu í punktinum c. Í þessu dæmi hefur viðnámsgildi Rx lækkað úr 600 Ω í 460 Ω.
1. reiknaðu út strauma í gegnum viðnám R1 og R2:
2. reiknaðu spennufallið yfir viðnám R1 og R2:
4. reiknaðu spennufallið yfir viðnám R3 og Rx:
Í dæmunum tveimur hefur viðnámsgildi Rx breyst úr 660 Ω í 460 Ω. Þessi viðnámsbreyting olli því að spennan á milli bc breyttist úr 0 voltum í 1,08 volt. Ef þessi Wheatstone brú er innbyggð í skynjara rafeindabúnaðinn er litið á spennuna 1,08 volt sem merkjaspennu. Þessi merkjaspenna er send til ECU um merkjavír. The A/D breytir í ECU breytir hliðrænu spennunni í stafræn skilaboð sem örgjörvinn getur lesið.
Wheatstone brú með óþekkt mótstöðugildi:
Í fyrri köflum gerðum við ráð fyrir þekkt viðnámsgildi Rx. Vegna þess að þetta viðnámsgildi er breytilegt getum við gengið skrefinu lengra og reiknað þetta viðnámsgildi til að koma jafnvægi á Wheatstone brúna.
Í þessari hringrás eru R1 og R2 aftur 270 og 330 Ω. Viðnám R3 hefur verið minnkað í 100 Ω og Rx er óþekkt. Ef, auk viðnámsgildisins, eru spennur og straumar einnig óþekktir, getum við reiknað út viðnámsgildið Rx á tvo vegu:
Leið 1:
1. við skoðum fyrst almennu formúluna og sláum síðan inn viðnámsgildin:
-> 
2. Stuðullinn 270 er á milli 100 og 2,7, eins og á milli 330 og óþekkta gildisins.
Með því að deila 330 með 2,7 komumst við að viðnáminu 122,2 Ω.
Leið 2:
1. með almennu formúlunni þar sem við margföldum viðnámunum:
2. við umbreytum formúlunni með því að taka Rx frá vinstri hlið = og deila með R1. Við komumst líka að viðnámsgildinu 122,2 Ω.
Auðvitað athugum við hvort við höfum jafnvægisbrú með áður útreiknuðu viðnáminu 122 Ω.
Viðnám R1 og R2 með straumum og hlutaspennum eru þau sömu og í dæmunum í 1. og 2. mgr., þannig að þær eru taldar þekktar. Við einbeitum okkur að hægri hlið brúnarinnar.
1. reiknaðu strauminn í gegnum R3 og Rx:
2. reiknaðu spennufallið yfir viðnám R3 og Rx:
Spennumunurinn á punktum b og c er 0 volt vegna þess að viðnám R1 og R3 gleypa báðar 5,4 þannig að brúin er nú í jafnvægi.
Tengdar síður:
