Wheatstone mērīšanas tilts un tā izmantošana
Viens no populārākajiem tiltu ķēdes, ko joprojām izmanto mērinstrumentos un elektriskās laboratorijās, ir Vitstonas mērīšanas tilts, kas nosaukts angļu izgudrotāja Čārlza Vitstona vārdā, kurš ierosināja šo pretestības mērīšanas shēmu jau 1843. gadā.
Wheatstone mērīšanas tilts būtībā ir farmaceitiskā staru līdzsvara elektriskais analogs, jo šeit tiek izmantota līdzīga kompensācijas mērīšanas metode.
Mērīšanas tilta darbības princips ir balstīts uz divu paralēli savienotu rezistoru atzaru vidējo spaiļu potenciālu izlīdzināšanu, katrā atzarā ir divi rezistori. Kā daļa no vienas filiāles ir iekļauts rezistors, kura vērtību vēlaties uzzināt, bet otrā - rezistors ar regulējamu pretestību (reostats vai potenciometrs).
Vienmērīgi mainot regulējamā rezistora pretestības vērtību, tiek iegūts nulles rādījums galvanometra skalā, kas iekļauts diagonālē starp abu minēto atzaru viduspunktiem.Apstākļos, kad galvanometrs rāda nulli, viduspunktu potenciāli būs vienādi un tāpēc var viegli aprēķināt vēlamo pretestību.
Skaidrs, ka papildus rezistoriem un galvanometram ķēdē ir jābūt padevei tiltam, attēlā tas ir attēlots kā galvaniskais elements E. Strāva plūst no pozitīvā uz negatīvo, vienlaikus sadaloties starp diviem zariem. apgriezti proporcionāli to pretestībām.
Ja tilta pleca augšējais un apakšējais rezistori ir vienādi pa pāriem, tas ir, kad sviras ir tieši vienādas, nav iemesla strāvai parādīties pa diagonāli, jo potenciāla atšķirība starp savienojuma punktiem galvanometra vērtība ir nulle. Šajā gadījumā tilts tiek uzskatīts par līdzsvarotu vai līdzsvarotu.
Ja augšējie rezistori ir vienādi un apakšējie nav, strāva plūdīs pa diagonāli, no lielākas pretestības pleca uz mazākas pretestības plecu, un galvanometra adata novirzīsies atbilstošā virzienā.
Tātad, ja to punktu potenciāli, kuriem ir pievienots galvanometrs, ir vienādi, tad augšējo un apakšējo rezistoru vērtību attiecības rokās būs vienādas. Tādējādi, pielīdzinot šīs attiecības, mēs iegūstam vienādojumu ar vienu nezināmo. Pretestības R1, R2 un R3 sākotnēji jāmēra ar augstu precizitāti, tad rezistora Rx (R4) atrašanas precizitāte būs augsta.
Vitstonas tilta ķēde bieži tiek izmantota temperatūras mērīšanai, kad ieslēdzas kāds no tilta atzariem pretestības termometrs kā nezināms rezistors.Jebkurā gadījumā, jo lielāka pretestības atšķirība zaros, jo lielāka būs strāva caur diagonāli, un, mainoties pretestībai, mainīsies arī diagonālā strāva.
Šo Vitstonas tilta īpašību tik ļoti novērtē tie, kas risina kontroles un mērīšanas problēmas un izstrādā vadības un automatizācijas shēmas. Mazākās pretestības izmaiņas vienā no atzariem izraisa izmaiņas strāvā caur tiltu, un šīs izmaiņas tiek reģistrētas. Galvanometra vietā tilta diagonālē var iekļaut ampērmetru vai voltmetru atkarībā no konkrētās ķēdes un pētījuma mērķa.
Kopumā, izmantojot Vitstonas tiltu, var izmērīt dažādus lielumus: elastīgo deformāciju, apgaismojumu, mitrumu, siltumietilpību u.c., pietiek tikai, lai izmērītā rezistora vietā ķēdē iekļautu atbilstošo sensoru, kura jutīgais elements spēja mainīt pretestību atbilst izmērītās vērtības izmaiņām, pat ja tā nav elektriska. Parasti šādos gadījumos tiek pieslēgts Vitstonas tilts caur ADC, un tālāka signāla apstrāde, informācijas parādīšana displejā, darbības, kuru pamatā ir saņemtie dati — tas viss paliek tehnikas jautājums.