Wheatstoneov merací mostík a jeho použitie
Jeden z najpopulárnejších mostíkové obvody, dodnes používaný v meracích prístrojoch a v elektrických laboratóriách, je Wheatstoneov merací mostík, pomenovaný po anglickom vynálezcovi Charlesovi Wheatstoneovi, ktorý túto schému merania odporu navrhol už v roku 1843.
Wheatstoneov merací mostík je v podstate elektrický analóg farmaceutického lúča, keďže sa tu používa podobná metóda kompenzačného merania.
Princíp činnosti meracieho mostíka je založený na vyrovnávaní potenciálov stredných vývodov dvoch paralelne zapojených odporových vetiev, každá vetva má dva odpory. Ako súčasť jednej z vetiev je zahrnutý odpor, ktorého hodnotu chcete vedieť, a v druhom - odpor s nastaviteľným odporom (reostat alebo potenciometer).
Plynulou zmenou hodnoty odporu nastaviteľného odporu sa získa nulová hodnota na stupnici galvanometra v uhlopriečke medzi stredmi dvoch uvedených vetiev.V podmienkach, kde galvanometer ukazuje nulu, budú potenciály stredných bodov rovnaké, a preto je možné ľahko vypočítať požadovaný odpor.
Je jasné, že obvod musí mať okrem rezistorov a galvanometra aj napájanie pre mostík, na obrázku je znázornený ako galvanický článok E. Prúd tečie z plusu do mínusu, pričom sa delí medzi dve vetvy v nepriamo úmerné ich odporom.
Ak sú horné a dolné odpory v ramene mostíka rovnaké v pároch, to znamená, keď sú ramená úplne rovnaké, nie je dôvod, aby sa prúd objavoval cez uhlopriečku, pretože potenciálny rozdiel medzi bodmi pripojenia galvanometra je nula. V tomto prípade sa hovorí, že most je vyvážený alebo vyvážený.
Ak sú horné odpory rovnaké a spodné odpory nie, prúd bude tiecť diagonálne, z ramena s vyšším odporom do ramena s nižším odporom a ručička galvanometra sa vychýli príslušným smerom.
Ak sú teda potenciály bodov, ku ktorým je pripojený galvanometer, rovnaké, potom sa pomery hodnôt horných a dolných rezistorov v ramenách navzájom rovnajú. Keď teda tieto vzťahy srovnáme, dostaneme rovnicu s jednou neznámou. Odpory R1, R2 a R3 by sa mali spočiatku merať s vysokou presnosťou, potom bude presnosť nájdenia odporu Rx (R4) vysoká.
Okruh Wheatstoneovho mostíka sa často používa na meranie teploty, keď sa zapne jedna z vetiev mostíka odporový teplomer ako neznámy odpor.V každom prípade, čím väčší je rozdiel odporov vo vetvách, tým väčší bude prúd cez uhlopriečku a pri zmene odporu sa zmení aj diagonálny prúd.
Túto vlastnosť Wheatstoneovho mostíka si tak cenia tí, ktorí riešia problémy riadenia a merania a vyvíjajú schémy riadenia a automatizácie. Najmenšia zmena odporu v jednej z vetiev spôsobí zmenu prúdu cez mostík a táto zmena sa zaznamená. Namiesto galvanometra môže byť v uhlopriečke mostíka zahrnutý ampérmeter alebo voltmeter v závislosti od konkrétneho obvodu a účelu štúdie.
Vo všeobecnosti pomocou Wheatstoneovho mostíka môžete merať rôzne veličiny: elastickú deformáciu, osvetlenie, vlhkosť, tepelnú kapacitu atď., stačí do obvodu namiesto meraného odporu zaradiť príslušný snímač, ktorého citlivý prvok bude schopnosť meniť odpor je v súlade so zmenou nameranej hodnoty, aj keď nie je elektrická. Zvyčajne je v takýchto prípadoch pripojený Wheatstoneov most cez ADC, a ďalšie spracovanie signálu, zobrazovanie informácií na displeji, akcie na základe prijatých údajov — to všetko zostáva otázkou technológie.