สะพานวัดวีทสโตนและการใช้งาน

หนึ่งในความนิยมมากที่สุด วงจรสะพานซึ่งยังคงใช้มาจนถึงทุกวันนี้ในเครื่องมือวัดและในห้องปฏิบัติการไฟฟ้า คือ สะพานวัดวีทสโตน ซึ่งตั้งชื่อตามนักประดิษฐ์ชาวอังกฤษ ชาร์ลส์ วีตสโตน ผู้เสนอแผนการวัดความต้านทานนี้ตั้งแต่ปี 1843

สะพานวัดวีทสโตนโดยพื้นฐานแล้วเป็นอะนาล็อกทางไฟฟ้าของเครื่องชั่งแบบลำแสงเภสัชกรรม เนื่องจากใช้วิธีการวัดค่าชดเชยที่คล้ายคลึงกันที่นี่

หลักการทำงานของสะพานวัดนั้นขึ้นอยู่กับการทำให้เท่ากันของศักยภาพของขั้วกลางของตัวต้านทานสองตัวที่เชื่อมต่อแบบขนาน แต่ละสาขามีตัวต้านทานสองตัว ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของสาขาหนึ่งจะมีตัวต้านทานที่มีค่าที่คุณต้องการทราบและอีกอันหนึ่ง - ตัวต้านทานที่มีความต้านทานแบบปรับได้ (รีโอสแตทหรือโพเทนชิออมิเตอร์)

โดยการเปลี่ยนค่าความต้านทานของตัวต้านทานแบบปรับได้อย่างราบรื่น จะได้การอ่านค่าเป็นศูนย์บนสเกลของกัลวาโนมิเตอร์ที่รวมอยู่ในเส้นทแยงมุมระหว่างจุดกึ่งกลางของกิ่งทั้งสองที่กล่าวถึงในสภาวะที่กัลวาโนมิเตอร์อ่านค่าเป็นศูนย์ ศักย์ไฟฟ้าของจุดกึ่งกลางจะเท่ากัน ดังนั้นจึงสามารถคำนวณค่าความต้านทานที่ต้องการได้อย่างง่ายดาย

เป็นที่ชัดเจนว่านอกจากตัวต้านทานและกัลวาโนมิเตอร์แล้ว วงจรจะต้องมีแหล่งจ่ายสำหรับบริดจ์ ในรูปแสดงเป็นเซลล์กัลวานิก E กระแสไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ในขณะที่แบ่งระหว่างสองแขนงใน สัดส่วนผกผันกับความต้านทานของพวกเขา

หากตัวต้านทานบนและล่างในแขนของสะพานเป็นคู่เหมือนกัน นั่นคือเมื่อแขนเหมือนกันทุกประการ จะไม่มีเหตุผลที่กระแสจะปรากฏในแนวทแยง เนื่องจากความต่างศักย์ระหว่างจุดต่อ ของกัลวาโนมิเตอร์เป็นศูนย์ ในกรณีนี้สะพานจะเรียกว่าสมดุลหรือสมดุล

ถ้าตัวต้านทานตัวบนเหมือนกันแต่ตัวต้านทานตัวล่างไม่เหมือนกัน กระแสจะไหลในแนวทแยง จากแขนของความต้านทานที่สูงกว่าไปยังแขนของความต้านทานที่ต่ำกว่า และเข็มของกัลวาโนมิเตอร์จะเบี่ยงเบนไปในทิศทางที่เหมาะสม

ดังนั้นหากศักยภาพของจุดที่เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์เท่ากันอัตราส่วนของค่าของตัวต้านทานบนและล่างในแขนจะเท่ากัน ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบความสัมพันธ์เหล่านี้ เราจึงได้สมการที่ไม่มีใครรู้จัก ควรวัดค่าความต้านทาน R1, R2 และ R3 ด้วยความแม่นยำสูงในขั้นต้น จากนั้นความแม่นยำในการค้นหาตัวต้านทาน Rx (R4) จะสูง

วงจรสะพานวีทสโตนมักใช้เพื่อวัดอุณหภูมิเมื่อสาขาหนึ่งของสะพานเปิดขึ้น เครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทาน เป็นตัวต้านทานที่ไม่รู้จักไม่ว่าในกรณีใด ยิ่งความแตกต่างของความต้านทานในกิ่งมากเท่าใด กระแสที่ไหลผ่านแนวทแยงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และเมื่อความต้านทานเปลี่ยนไป กระแสในแนวทแยงก็จะเปลี่ยนไปด้วย

คุณสมบัติของสะพานวีทสโตนนี้มีค่ามากโดยผู้ที่แก้ปัญหาการควบคุมและการวัดและพัฒนาแผนการควบคุมและระบบอัตโนมัติ การเปลี่ยนแปลงความต้านทานเพียงเล็กน้อยในสาขาใดสาขาหนึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสผ่านสะพาน และการเปลี่ยนแปลงนี้จะถูกบันทึก แทนที่จะใช้กัลวาโนมิเตอร์ แอมมิเตอร์หรือโวลต์มิเตอร์อาจรวมอยู่ในเส้นทแยงมุมของสะพาน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวงจรเฉพาะและวัตถุประสงค์ของการศึกษา

โดยทั่วไป เมื่อใช้สะพานวีทสโตน คุณสามารถวัดปริมาณต่างๆ ได้: การเสียรูปแบบยืดหยุ่น, การส่องสว่าง, ความชื้น, ความจุความร้อน ฯลฯ แค่รวมเซ็นเซอร์ที่เกี่ยวข้องไว้ในวงจรแทนตัวต้านทานที่วัดได้ก็เพียงพอแล้ว ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนซึ่งจะ สามารถเปลี่ยนความต้านทานได้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของค่าที่วัดได้แม้ว่าจะไม่ใช่ไฟฟ้าก็ตาม ในกรณีเช่นนี้มักจะเชื่อมต่อสะพานวีทสโตน ผ่าน ADCและการประมวลผลสัญญาณเพิ่มเติม การแสดงข้อมูลบนจอแสดงผล การดำเนินการตามข้อมูลที่ได้รับ ทั้งหมดนี้ยังคงเป็นเรื่องของเทคโนโลยี