Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам » Применение моста Уитстона для измерения неэлектрических величин
Количество просмотров: 22430
Комментарии к статье: 6


Применение моста Уитстона для измерения неэлектрических величин


Мост Уитстона представляет собой электрическую схему, предназначенную для измерения величины электрического сопротивления. Впервые данная схема была предложена британским физиком Самуэлем Кристи в 1833 году, а в 1843 году она была усовершенствована изобретателем Чарльзом Уитстоном. Принцип работы данной схемы схож с действием механических аптекарских весов, только уравниваются здесь не силы, а электрические потенциалы.

Схема измерительного моста Уитстона

Схема моста Уитстона содержит две ветви, потенциалы средних выводов (D и B) которых уравниваются в процессе проведения измерений. Одна из ветвей моста включает в себя резистор Rx, значение сопротивления которого необходимо определить.

Противоположная ветвь содержит реостат R2 — сопротивление регулируемой величины. Между средними выводами ветвей включен индикатор G, в качестве которого может выступать гальванометр, вольтметр, нуль-индикатор или амперметр.

Если в момент равновесия три из сопротивлений известны, то четвертое можно подсчитать (измерить). Высокая точность изготовления сопротивлений и большая чувствительность нулевых индикаторов обеспечивают точное измерение неизвестного сопротивления.

Для равновесия моста необходимо, чтобы произведения сопротивлений противоположных плеч были равны между собой. Уравновешивание моста достигается изменением одного или нескольких сопротивлений плеч. С этой целью они выполняются чаще всего в виде реостата или магазинов (набора) сопротивлений.

В ходе измерительного процесса сопротивление реостата постепенно изменяют до тех пор, пока индикатор не покажет ноль. Это значит, что потенциалы средних точек моста, между которыми он включен, равны друг другу, и разность потенциалов между ними равна нулю.

Когда стрелка индикатора (гальванометра) отклонена в ту или иную сторону от нуля, это значит что через него протекает ток, и следовательно мост еще не находится в балансе. Если же на индикаторе ровно ноль — мост сбалансирован.

Соотношение сопротивлений при проведении измерений
Определение неизвестного сопротивления

Очевидно, если отношение верхнего и нижнего сопротивлений в левом плече моста равно отношению сопротивлений правого плеча моста — наступает баланс (или равновесие) моста просто в силу нулевой разности потенциалов между выводами гальванометра.

И если значения трех сопротивлений моста (включая текущее сопротивление реостата) сначала измерены с достаточно небольшой погрешностью, то искомое сопротивление Rx будет найдено с достаточно высокой точностью. Считается что сопротивлением гальванометра можно пренебречь.

Кроме четырехплечных мостов, находят применение и мостовые схемы с большим числом плеч. Например, для измерения малых сопротивлений (меньше 1 ом) используют шестиплечные мосты постоянного тока (двойные мосты).

Схема моста Уитстона может работать и на переменном токе. В этом случае используются полные сопротивления плеч моста. При равновесии мостовой схемы на переменном токе произведении полных сопротивлений противоположных плеч моста должны быть равны между собой.

Измерительные мосты переменного тока применяются для измерения полных сопротивлений, индуктивностей, емкостей, взаимной индуктивности, активных сопротивлений, частоты.

Погрешность при измерениях мостовым методом может быть доведена до 0,01% и даже меньше. 

Подборка статей про другие измерительные приборы:

Виды приборов для измерения сопротивлений

Проведение измерения сопротивления заземления

Мультиметр или токовые клещи - что лучше?

Измерение мощности с помощью ваттметра

Проведение измерений с помощью осциллографа

До сих пор мы рассматривали уравновешенный мост. Для этого режима работы соотношение между параметрами схемы не зависит от величины напряжения источника питания и от сопротивления проводов, соединяющих этот источник со схемой. Данное свойство мостовых схем позволяет широко использовать их в автоматике.

Помимо уравновешенных мостов, в технике применяются и неуравновешенные мосты, т. е. такие, у которых в рабочем режиме через индикаторную диагональ протекает ток. В этом случае о величине измеряемого сопротивления судят по показаниям прибора, включенного в индикаторную диагональ.

Неуравновешенные мосты очень удобны для электрических измерений неэлектрических величин (температур, давлений, перемещений и т. п.). В настоящее время большое распространение получают мосты с автоматическим уравновешиванием. Они применяются там, где требуется иметь непрерывные показания и запись измеряемой величины, а также в автоматическом контроле, управлении и регулировании.

Применение моста Уитстона для измерения неэлектрических величин

Мост Уитстона по сути универсален, и применим отнюдь не только для измерений сопротивлений резисторов, но и для нахождения самых разных неэлектрических параметров, достаточно лишь чтобы сам датчик неэлектрической величины был резистивным.

Тогда сопротивление чувствительного элемента-датчика, изменяясь под неэлектрическим воздействием на него, может быть измерено при помощи мостовой схемы Уитстона, и соответствующая неэлектрическая величина может быть таким образом найдена с малой погрешностью.

Таким образом можно найти значение величины: механической деформации (тензометрические датчики), температуры, освещенности, теплопроводности, теплоемкости, влажности, и даже состав вещества.

Современные измерительные приборы на базе моста Уитстона обычно снимают показания с моста через аналого-цифровой преобразователь, подключенный к цифровому вычислительному устройству, такому как микроконтроллер с вшитой программой, которая осуществляет линеаризацию (замена нелинейных данных приближенными линейными), масштабирование и преобразование полученных данных в численное значение измеряемой неэлектрической величины в соответствующих единицах измерения, а также коррекцию погрешностей и вывод в читаемом цифровом виде.

Электронные весы

Например напольные весы примерно по такому принципу и работают. Кроме того программными методами тут же может быть проведен гармонический анализ и т. д.

Тензорезистор

Так называемые тензорезисторы (резистивные датчики механического напряжения) находят применение в электронных весах, в динамометрах, манометрах, торсиометрах и тензометрах.

Тензорезистор просто наклеивается на деформируемую деталь, включается в плечо моста, при этом напряжение в диагонали моста будет пропорционально механическому напряжению, на которое реагирует датчик — его сопротивление изменяется.

При разбалансе моста измеряют величину этого разбаланса, и таким образом находят например вес какого-нибудь тела. Датчик, кстати, может быть и пьезоэлектрическим, если измеряется быстрая или динамическая деформация.

Датчик для измерения температуры

Когда необходимо измерить температуру, применяются резистивные датчики, сопротивление которых изменяется вместе с изменением температуры исследуемого тела или среды. Датчик может даже не контактировать с телом, а воспринимать тепловое излучение, как это происходит в болометрических пирометрах.

Принцип действия болометрического пирометра основан на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента вследствие его нагревания под воздействием поглощаемого потока электромагнитной энергии. Тонкая пластинка из платины, зачерненная для лучшего поглощения излучения, из-за своей малой толщины под действием излучения быстро нагревается и ее сопротивление повышается.

Похожим образом действуют термометры сопротивления с положительным температурным коэффициентом и терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом на базе полупроводников.

Приборы для измерения параметров различных технологических процессов

При изменении температуры косвенным путем можно измерить теплопроводность, теплоемкость, скорость потока жидкости или газа, концентрацию компонентов газовой смеси и т. д. Именно косвенные измерения такого рода применяются в газовой хроматографии и в термокаталитических датчиках.

Фоторезистор
Применение моста Уитстона для подключения фоторезистора

Фоторезисторы изменяют свое сопротивление под действием освещенности, а для измерения потоков ионизирующего излучения - используются специализированные резистивные датчики.

Как применять фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы

Аналоговые датчики: применение, способы подключения к контроллеру

Подключение аналоговых датчиков к Ардуино, считывание показаний датчиков

Измерение температуры и влажности на Arduino – подборка способов

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Тензометрические датчики в системах автоматизации
  • Как устроены и работают приборы для измерения сопротивления
  • Датчики давления Honeywell
  • Датчики температуры. Часть вторая. Терморезисторы
  • Аналоговые датчики: применение, способы подключения к контроллеру
  • Измерение температуры и влажности на Arduino – подборка способов
  • Что такое гальванометр и где его используют
  • Делитель напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях
  • Как проверить термодатчик теплого пола
  • Платиновые термометры сопротивления — наиболее точный прибор для измерения ...
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

    Электрические измерения, Электроизмерительные приборы, Измерители сопротивления, Измерительные мосты, Индуктивность, Емкость, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Паша |

    Мост Уитстона можно использовать несколькими способами для измерения электрического сопротивления: для определения абсолютной величины сопротивления по сравнению с другим известным сопротивлением и для определения относительных изменений сопротивлений. Второй вариант измерений используется с тензодатчиками, поскольку оно позволяет измерять относительные изменения сопротивления тензодатчика с высокой точностью. В зависимости от задачи в точке измерения используются один или несколько тензодатчиков. Измерительный мост укомплектован постоянными резисторами, встроенными в прибор. Мост Уитстона, несмотря на то, что он исторически старше, считается резисторной версией импедансного моста (моста переменного тока), и поэтому уравнения чувствительности импедансного моста применимы к мосту Уитстона. И еще один момент, где бывает путаница - это обозначения компонентов на схеме и в уравнениях. Я пересморел множество источников и могу сказать, что общепринятого правила обозначения компонентов и соединений моста не существует. В литературе можно найти всевозможные обозначения в уравнениях моста. Следовательно, во избежание неправильной интерпретации важно, чтобы обозначения и индексы, используемые в уравнениях, соответствовали положениям в мостовой схеме. 

      Комментарии:

    #2 написал: Олег Иванов |

    Мост Уитстона является наиболее распространенным способом измерения различных сопротивлений. Если измеряемое сопротивление обладает самоиндукцией или емкостью, то следует раньше замыкать ключ батареи, а затем ключ гальванометра, размыкание же производить в обратном порядке. Наибольшая чувствительность моста получается, когда все четыре сопротивления, а также сопротивление гальванометра равны между собой. Внутреннее сопротивление батареи также равно этому сопротивлению, что выполнимо в редких случаях измерения малых сопротивлений. Если сопротивления плеч моста не одинаковы, то в большинстве случаев гальванометр следует включать в ту диагональ, которая соединяет дна больших и два малых сопротивления, и только если сопротивление гальванометра меньше сопротивления батареи, следует гальванометр включить в другую диагональ.

      Комментарии:

    #3 написал: Сергей Сергеевич |

    Мост Уитстона представляет собой схему, используемую для измерения сопротивления и небольших изменений сопротивления. Мост был изобретен в 1833 году британским ученым и математиком Сэмюэлем Хантером Кристи ( 1784—1865), но не был усовершенствован и популяризирован до 1843 года британским физиком и изобретателем сэром Чарльзом Уитстоном (1802—1875). Мост Уитстона также используется для измерения прогиба, когда сопротивление Rx может быть реализовано, например, с помощью термометра сопротивления или тензорезистора. Тогда выходное напряжение моста является нелинейной функцией величины сопротивления Rx.

      Комментарии:

    #4 написал: Олег |

    Какова точность измерения мостом Уитстона для неэлектрических величин и какие факторы могут влиять на точность измерения?

      Комментарии:

    #5 написал: Андрей Повный |

    Олег, Мост Уитстона - это электрическая схема, которая используется для измерения сопротивлений, индуктивностей или емкостей, но также может применяться для измерения некоторых неэлектрических величин, таких как температура, давление и т.д. Однако точность измерения моста Уитстона для неэлектрических величин может быть значительно ниже, чем для электрических величин.

    Точность измерения моста Уитстона для неэлектрических величин может зависеть от различных факторов, таких как:

    1. Точность калибровки: точность измерения моста Уитстона для неэлектрических величин может быть повышена при правильной калибровке устройства.

    2. Неоднородность материала: если материал, используемый для измерения, неоднороден, то это может привести к неточным результатам.

    3. Температурные изменения: изменения температуры могут повлиять на точность измерения моста Уитстона для неэлектрических величин, поэтому необходимо учитывать и корректировать их при измерении.

    4. Шум: шум, включая электромагнитные помехи и другие источники шума, также может влиять на точность измерения.

    5. Влияние окружающей среды: окружающая среда, такая как влажность и давление, может также повлиять на точность измерения моста Уитстона для неэлектрических величин.

    6. Неправильное подключение: неправильное подключение элементов моста может привести к неточным результатам.

    В целом, точность измерения мостом Уитстона для неэлектрических величин может быть ниже, чем для электрических величин, из-за дополнительных факторов, которые могут влиять на точность измерения. Однако, при правильной настройке и использовании моста Уитстона, можно достичь высокой точности измерения даже для неэлектрических величин. 

      Комментарии:

    #6 написал: Сергей |

    Мост Уитстона может использоваться для измерения различных неэлектрических величин, таких как механические деформации упругих элементов в тензометрии, температуры, освещенности, состава вещества, влажности, газового анализа, теплопроводности и теплоемкости. Принцип действия всех этих приборов основан на измерении сопротивления чувствительного резистивного элемента-датчика, сопротивление которого изменяется при изменении воздействующей на него неэлектрической величины. Резистивный датчик включается электрически в одно или несколько плеч моста Уитстона, и измерение неэлектрической величины сводится к измерению изменения сопротивления датчиков. Мостовые измерения широко распространены для электрических измерений, и мост Уитстона используется в различных формах для точного измерения сопротивления от долей ома до нескольких мегаом.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.