Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Most Wheatstone'a w równowadze
- Mostek niezrównoważony firmy Wheatstone (znane wartości rezystancji)
- Mostek Wheatstone'a o nieznanej wartości rezystancji
Przedmowa:
Mostek Wheatstone'a to obwód mostkowy elektryczny służący do dokładnego pomiaru stałego lub zmieniającego się oporu elektrycznego. Obwód ten może być używany do pomiaru wielkości fizycznych, takich jak temperatura i ciśnienie, jak widać w miernik masy powietrza (temperatura gorącego drutu) i Czujnik mapy (ciśnienie w kolektorze dolotowym).
Na moście Wheatstone'a jest ich czterech rezystory, z których trzy mają znany opór, a jeden ma nieznany opór. Mostek składa się właściwie z dwóch dzielników napięcia połączonych równolegle.
Na obrazku widzimy rezystory R1 do R3 (znane wartości rezystancji) i Rx (nieznane), z woltomierzem pośrodku dwóch dzielników napięcia i źródłem napięcia po lewej stronie mostka.
Mostek Wheatstone'a jest zrównoważony, gdy napięcie wyjściowe między punktami b i c jest równe 0 woltów. W poniższych akapitach przedstawiono różne sytuacje.
Most Wheatstone'a w równowadze:
Mostek Wheatstone'a jest zrównoważony lub zrównoważony, gdy napięcie wyjściowe jest równe 0 woltów, ponieważ wartości rezystancji po lewej i prawej stronie są do siebie proporcjonalne.
Obwód w tej części jest narysowany inaczej niż w poprzedniej części, ale opiera się na tej samej operacji.
- rezystory R1 i R2 mają rezystancję 270 i 330 Ω. Sumując daje to 600 Ω;
- rezystory R3 i Rx mają rezystancję 540 i 660 Ω. Sumując, daje to 1200 Ω.
Stosunki między rezystorami po lewej i prawej stronie są takie same. Oznacza to, że stosunki rezystancji i spadki napięcia są równe pomiędzy R1 i R3, a także R2 i Rx.
Poniższe wzory pokazują jednakowe stosunki rezystancji i spadki napięcia:
en 
Znając napięcie zasilania i wartości rezystancji, możemy wyznaczyć spadki napięcia na rezystorach, a co za tym idzie różnicę napięć pomiędzy punktami b i c. W poniższym przykładzie obliczamy różnicę napięcia między punktami b i c dla zbalansowanego mostka Wheatstone'a. Znajomość Prawo Ohma i oblicz za pomocą Obwody szeregowe i równoległe jest wymaganiem.
1. obliczyć prądy płynące przez rezystory R1 i R2 (RV = rezystancja zastępcza):
2. oblicz spadek napięcia na rezystorach R1 i R2:
3. oblicz prądy płynące przez rezystory R1 i R2:
4. oblicz spadek napięcia na rezystorach R3 i Rx:
Napięcie w punktach b i c wynosi 5,4 wolta. Różnica potencjałów jest równa 0 woltów.
Mostek niezrównoważony firmy Wheatstone (znane wartości rezystancji):
W wyniku zmiany rezystancji Rx mostek Wheatstone'a stanie się niezrównoważony. Zmiana rezystancji może nastąpić na przykład pod wpływem zmieniającej się temperatury, gdzie Rx wynosi a termistor Jest. Dzielnik napięcia pomiędzy R1 i R2 pozostanie taki sam, ale nie pomiędzy R3 i Rx. Ponieważ zmienia się tam dzielnik napięcia, w punkcie c otrzymamy inne napięcie. W tym przykładzie wartość rezystancji Rx spadła z 600 Ω do 460 Ω.
1. obliczyć prądy płynące przez rezystory R1 i R2:
2. oblicz spadek napięcia na rezystorach R1 i R2:
4. oblicz spadek napięcia na rezystorach R3 i Rx:
W dwóch przykładach wartość rezystancji Rx zmieniła się z 660 Ω na 460 Ω. Ta zmiana rezystancji spowodowała zmianę napięcia między bc z 0 woltów na 1,08 wolta. Jeśli mostek Wheatstone'a jest wbudowany w elektronikę czujnika, napięcie 1,08 V jest postrzegane jako napięcie sygnałowe. To napięcie sygnałowe jest przesyłane do ECU przewodem sygnałowym. The Przetwornik A/D w ECU przetwarza napięcie analogowe na komunikat cyfrowy, który może zostać odczytany przez mikroprocesor.
Mostek Wheatstone'a o nieznanej wartości rezystancji:
W poprzednich rozdziałach przyjęliśmy znaną wartość rezystancji Rx. Ponieważ ta wartość rezystancji jest zmienna, możemy pójść o krok dalej i obliczyć tę wartość rezystancji, aby zrównoważyć mostek Wheatstone'a.
W tym obwodzie R1 i R2 mają ponownie 270 i 330 Ω. Rezystancja R3 została zmniejszona do 100 Ω, a Rx jest nieznany. Jeśli oprócz wartości rezystancji nieznane są również napięcia i prądy, wartość rezystancji Rx możemy obliczyć na dwa sposoby:
Sposób 1:
1. najpierw patrzymy na wzór ogólny, a następnie wpisujemy wartości rezystancji:
-> 
2. Między 270 a 100 występuje współczynnik 2,7, podobnie jak między 330 a nieznaną wartością.
Dzieląc 330 przez 2,7, otrzymujemy rezystancję 122,2 Ω.
Sposób 2:
1. poprzez ogólny wzór, w którym mnożymy krzyżowo rezystancje:
2. konwertujemy formułę, biorąc Rx z lewej strony = i dzieląc przez R1. Dochodzimy również do wartości rezystancji 122,2 Ω.
Oczywiście sprawdzamy, czy mamy mostek zrównoważony o obliczonej wcześniej rezystancji 122 Ω.
Rezystory R1 i R2 z prądami i napięciami cząstkowymi są takie same jak w przykładach z punktów 1 i 2, dlatego uważa się je za znane. Skupiamy się na prawej stronie mostu.
1. oblicz prąd płynący przez R3 i Rx:
2. oblicz spadek napięcia na rezystorach R3 i Rx:
Różnica napięcia między punktami b i c wynosi 0 woltów, ponieważ oba rezystory R1 i R3 pochłaniają 5,4, więc mostek jest teraz zrównoważony.
Powiązane strony:
