Temos:
- Įvadas
- Vitstono tiltas pusiausvyroje
- Nesubalansuotas Vitstono tiltas (varžos vertės žinomos)
- Vitstono tiltas, kurio pasipriešinimo vertė nežinoma
Įvadas:
Wheatstone tiltas yra elektros tilto grandinė, skirta tiksliai išmatuoti pastovią arba kintančią elektrinę varžą. Ši grandinė gali būti naudojama fiziniams dydžiams, tokiems kaip temperatūra ir slėgis, matuoti, kaip matome oro masės matuoklis (karšto laido temperatūra) ir MAP jutiklis (slėgis įsiurbimo kolektoriuje).
Vitstono tilte yra keturi rezistoriai, iš kurių trijų atsparumas yra žinomas, o vieno - nežinomas. Tiltas iš tikrųjų susideda iš dviejų lygiagrečiai sujungtų įtampos daliklių.
Paveiksle matome rezistorius R1–R3 (žinomos varžos vertės) ir Rx (nežinomas), su voltmetru dviejų įtampos daliklių viduryje ir įtampos šaltiniu kairėje nuo tiltelio.
Vitstono tiltas yra subalansuotas, kai išėjimo įtampa tarp taškų b ir c yra lygi 0 voltų. Įvairios situacijos parodytos tolesnėse pastraipose.
Vitstono tiltas pusiausvyroje:
Wheatstone tiltas yra subalansuotas arba subalansuotas, kai išėjimo įtampa lygi 0 voltų, nes varžos reikšmės kairėje ir dešinėje yra proporcingos viena kitai.
Grandinė šiame skyriuje nubrėžta kitaip nei ankstesniame skyriuje, tačiau yra pagrįsta ta pačia operacija.
- rezistoriai R1 ir R2 turi 270 ir 330 Ω varžą. Sudėjus tai yra 600 Ω;
- rezistoriai R3 ir Rx turi 540 ir 660 Ω varžą. Sudėjus tai yra 1200 Ω.
Santykiai tarp rezistorių kairėje ir dešinėje yra vienodi. Tai reiškia, kad varžos santykiai ir įtampos kritimai yra lygūs tarp R1 ir R3, taip pat R2 ir Rx.
Žemiau pateiktos formulės rodo vienodus varžos santykius ir įtampos kritimus:
en 
Turėdami žinomą maitinimo įtampą ir varžos reikšmes, galime nustatyti rezistorių įtampos kritimą, taigi ir įtampos skirtumą tarp taškų b ir c. Toliau pateiktame pavyzdyje apskaičiuojame subalansuoto Vitstono tilto įtampos skirtumą tarp taškų b ir c. Žinios apie Omo dėsnis ir apskaičiuokite su nuoseklios ir lygiagrečios grandinės yra reikalavimas.
1. apskaičiuokite sroves per rezistorius R1 ir R2 (RV = pakeitimo atsparumas):
2. apskaičiuokite įtampos kritimą tarp rezistorių R1 ir R2:
3. apskaičiuokite sroves per rezistorius R1 ir R2:
4. Apskaičiuokite įtampos kritimą tarp rezistorių R3 ir Rx:
Įtampa taškuose b ir c yra 5,4 volto. Potencialų skirtumas lygus 0 voltų.
Nesubalansuotas Vitstono tiltas (žinomos varžos vertės):
Pasikeitus Rx varžai, Vitstono tiltas taps nesubalansuotas. Atsparumo pokytis gali atsirasti dėl, pavyzdžiui, kintančios temperatūros, kur Rx yra a termistorius yra. Įtampos daliklis tarp R1 ir R2 išliks toks pat, bet ne tarp R3 ir Rx. Kadangi ten keičiasi įtampos daliklis, taške c gauname skirtingą įtampą. Šiame pavyzdyje Rx varžos vertė sumažėjo nuo 600 Ω iki 460 Ω.
1. apskaičiuokite sroves per rezistorius R1 ir R2:
2. apskaičiuokite įtampos kritimą tarp rezistorių R1 ir R2:
4. Apskaičiuokite įtampos kritimą tarp rezistorių R3 ir Rx:
Dviejuose pavyzdžiuose Rx varžos vertė pasikeitė nuo 660 Ω iki 460 Ω. Dėl šio pasipriešinimo pasikeitimo įtampa tarp bc pasikeitė nuo 0 voltų iki 1,08 voltų. Jei šis Wheatstone tiltas yra įmontuotas į jutiklio elektroniką, 1,08 volto įtampa laikoma signalo įtampa. Ši signalo įtampa siunčiama į ECU per signalinį laidą. The A/D keitiklis ECU paverčia analoginę įtampą į skaitmeninį pranešimą, kurį gali nuskaityti mikroprocesorius.
Vitstono tiltas su nežinoma varžos verte:
Ankstesniuose skyriuose padarėme prielaidą, kad Rx varžos vertė yra žinoma. Kadangi ši pasipriešinimo vertė yra kintama, galime žengti žingsnį toliau ir apskaičiuoti šią pasipriešinimo vertę, kad subalansuotume Wheatstone tiltą.
Šioje grandinėje R1 ir R2 vėl yra 270 ir 330 Ω. R3 varža sumažinta iki 100 Ω, o Rx nežinomas. Jei, be varžos vertės, nežinomos ir įtampos bei srovės, varžos reikšmę Rx galime apskaičiuoti dviem būdais:
1 būdas:
1. Pirmiausia žiūrime į bendrą formulę ir tada įvedame pasipriešinimo reikšmes:
-> 
2. Tarp 270 ir 100 yra koeficientas 2,7, kaip ir tarp 330 ir nežinomos vertės.
Padalinę 330 iš 2,7, gauname 122,2 Ω varžą.
2 būdas:
1. per bendrąją formulę, kurioje kryžmiškai padauginame varžas:
2. formulę konvertuojame paėmę Rx iš kairės = pusės ir padalydami iš R1. Taip pat gauname 122,2 Ω varžos vertę.
Natūralu, kad patikriname, ar turime subalansuotą tiltą, kurio prieš tai apskaičiuota varža yra 122 Ω.
Rezistoriai R1 ir R2 su srovėmis ir daline įtampa yra tokie patys kaip 1 ir 2 pastraipų pavyzdžiuose, todėl jie laikomi žinomais. Mes sutelkiame dėmesį į dešinę tilto pusę.
1. Apskaičiuokite srovę per R3 ir Rx:
2. Apskaičiuokite įtampos kritimą tarp rezistorių R3 ir Rx:
Įtampos skirtumas tarp taškų b ir c yra 0 voltų, nes rezistoriai R1 ir R3 abu sugeria 5,4, taigi tiltas dabar subalansuotas.
Susiję puslapiai:
