„A tudomány szíve a mérés”, és a méréshez a híd áramköröket használják mindenféle elektromos és elektronikai paraméter megtalálására. Több hidat tanulmányoztunk az elektromos és elektronikai mérés és műszerezés területén. Az alábbi táblázat különböző hidakat mutat be felhasználásukkal:
| S.No. | A híd neve | Meghatározandó paraméter |
| 1. | Búzakő | ismeretlen ellenállást mérni |
| 2. | Anderson | mérje meg a tekercs öninduktivitását |
| 3. | De-sauty | a kapacitás nagyon kis értékének mérése |
| 4. | Maxwell | mérjen meg egy ismeretlen induktivitást |
| 5. | Kelvin | 1 ohm alatti ismeretlen elektromos ellenállások mérésére szolgál. |
| 6. | Wein | a kapacitás mérése az ellenállás és a frekvencia szempontjából |
| 7. | Széna | nagy értékű ismeretlen induktor mérése |
Itt az ismeretlen ellenállás mérésére használt Wheatstone hídról fogunk beszélni. A naponta digitális multiméter segít az ellenállás egyszerű mérésében. De a Wheatstone-híd előnye ezzel szemben az, hogy az ellenállás nagyon alacsony értékeit mérheti a milliméter tartományban.
Wheatstone híd
Samuel Hunter Christie 1833-ban feltalálta a Wheatstone hidat, és ezt a hidat Sir Charles Wheatstone fejlesztette és népszerűsítette 1843-ban. A Wheatstone híd négy, ellenállást összekötő hidat alkot. Az áramkör négy ellenállását hídkarnak nevezzük. A hidat két ismert ellenállással, egy változó ellenállással és egy galvanométerrel összekapcsolt ismeretlen ellenállás értékének megállapítására használják. Az ismeretlen ellenállás értékének megtalálásához a galvanométeren a változó ellenállás beállításával nullára tették az alakváltozást. Ezt a pontot a Wheatstone híd egyensúlyi pontjának nevezik.
Származtatás
Amint az ábrán láthatjuk, R1 és R2 ismert ellenállás. R3 változó ellenállás és Rx ismeretlen ellenállás. A híd csatlakozik az egyenáramú forráshoz (akkumulátor).
Ha a híd kiegyensúlyozott állapotban van, akkor nem szabad áramlania a galvanométeren, és ugyanaz az I1 áram R1 és R2 alaposan áramlik. Ugyanez vonatkozik az R3-ra és az Rx-re is, azt jelenti, hogy az R3 és Rx alapos áramlása (I2) ugyanaz marad. Tehát az alábbiakban ismertetjük az ismeretlen ellenállási érték megismerését, ha a híd kiegyensúlyozott állapotban van (nincs áram a C és D pont között).
V = IR (ohmos törvény szerint) VR1 = I1 * R1… (1) egyenlet VR2 = I1 * R2… (2) egyenlet VR3 = I2 * R3… (3) egyenlet VRx = I2 * Rx… (4) egyenlet
Az R1 és R3 feszültségesése azonos, és az R2 és R4 feszültségesése azonos a kiegyensúlyozott híd állapotában is.
I1 * R1 = I2 * R3… (5) egyenlet I1 * R2 = I2 * Rx… (6) egyenlet
Az (5) és a (6) egyenlet felosztásáról
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Tehát innen kapjuk meg az Rx értékét, amely az ismeretlen ellenállásunk, ezért a Wheatstone-híd így segíti az ismeretlen ellenállás mérését.
Művelet
Gyakorlatilag a változtatható ellenállást addig állítják be, amíg a galvanométeren keresztüli áram értéke nulla lesz. Ekkor a hidat kiegyensúlyozott Wheatstone-hídnak nevezik . A galvanométer nulla áramának elérése nagy pontosságot eredményez, mivel a változó ellenállás kisebb változása megzavarhatja az egyensúly állapotát.
Amint az ábrán látható, az R1, R2, R3 és Rx hídon négy ellenállás van. Ahol R1 és R2 az ismeretlen ellenállás, R3 a változó ellenállás és Rx az ismeretlen ellenállás. Ha az ismert ellenállások aránya megegyezik a beállított változó ellenállás és az ismeretlen ellenállás arányával, abban az esetben a galvanométeren nem áramlik áram.
Kiegyensúlyozott állapotban
R1 / R2 = R3 / Rx
Most ezen a ponton R1 , R2 és R3 értéket kapunk, így könnyű megtalálni az Rx értékét a fenti képletből.
A fenti feltételből
Rx = R2 * R3 / R1
Ezért az ismeretlen ellenállás értékét ezen a képleten keresztül számoljuk ki, mivel a Galvanométeren keresztüli áram nulla.
Tehát addig kell beállítanunk a potenciométert, amíg a C és D feszültség egyenlő lesz, ebben az esetben a C és D ponton átmenő áram nulla lesz, és a Galvanometer leolvasása nulla lesz, ebben a bizonyos helyzetben a Wheatstone Bridge-t hívják be Kiegyensúlyozott állapot. Ezt a teljes műveletet az alább megadott videó magyarázza:
Példa
Vegyünk egy példát a Wheatstone-híd fogalmának megértésére, mivel egy kiegyensúlyozatlan hidat veszünk az Rx (ismeretlen ellenállás) megfelelő értékének kiszámításához a híd kiegyensúlyozásához. Mint tudjuk, ha a feszültségesés különbsége a C és D ponton nulla, akkor a híd egyensúlyi állapotban van.
A kapcsolási rajz szerint
Az ADB első karjánál
Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Ha az értékeket a fenti képletbe helyezi, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volt
Az ACB második karhoz
Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volt
Tehát a C és D pont közötti feszültségkülönbség:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 volt
Ha a feszültségesés különbsége a C és D között pozitív vagy negatív (pozitív vagy negatív mutatja a kiegyensúlyozatlanság irányát), akkor ez azt mutatja, hogy a híd kiegyensúlyozatlan, és egyensúlyának megteremtéséhez más ellenállási értékre van szükségünk az R4 cseréjéhez.
Az áramkör kiegyensúlyozásához szükséges R4 ellenállás értéke:
R4 = (R2 * R3) / R1 (egyensúlyi híd állapota) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Ezért a híd kiegyensúlyozásához szükséges R4 értéke 720 Ω, mert ha a híd egyensúlyban van, akkor a feszültségesés különbsége a C és D között nulla, és ha 720 Ω ellenállást tud használni, a feszültségkülönbség nulla lesz.
Alkalmazások
- Főleg ismeretlen ellenállás nagyon alacsony értékének mérésére használják, amelynek milliommos tartománya van.
- Ha Whiststone-híddal ellátott varisztort használunk, akkor néhány paraméter, például a kapacitás, az induktivitás és az impedancia értékét is azonosíthatjuk.
- A Wheatstone híd és az operációs erősítő használata segít a különböző paraméterek mérésében, mint a hőmérséklet, a feszültség, a fény stb.