Γέφυρα Wheatstone
Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ
Η γέφυρα Wheatstone είναι ηλεκτρικό κύκλωμα το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση μιας άγνωστης αντίστασης κυκλώματος με τη
μέθοδο της σύγκρισης. Χρησιμοποιείται κυρίως για εκπαιδευτικούς σκοπούς καθώς τη θέση της, για τον υπολογισμό της τιμής μιας αντίστασης, έχουν
πάρει τα ψηφιακά ωμόμετρα.
Β. ΚΥΚΛΩΜΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ
Γ. ΠΟΡΕΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Καταρχάς, συνδέστε το κύκλωμα χρησιμοποιώντας δυο γνωστές αντιστάσεις R1 και R2, μια μεταβλητή R3 και μια άγνωστη R4
Είναι η γέφυρα σε ισορροπία ή όχι; Πως το καταλαβαίνετε
Αλλάξτε την τιμή της μεταβλητής αντίστασης R3 ώστε να ισορροπήσει η γέφυρα. Ποια τιμή δώσατε στην R3;
Συμπληρώστε τον πίνακα μετρήσεων
Μπορείτε να πραγματοποιήσετε την εργαστηριακή άσκηση στο ακόλουθο εικονικό ηλεκτρολογικό εργαστήριο
Δ. ΠΙΝΑΚΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ
Ε. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Ερώτηση: Τι παρατηρείτε με τα γινόμενα R1*RΧ και R2*R3 όταν η γέφυρα ισορροπεί; Άρα ποια σχέση πρέπει να ισχύει μεταξύ των τεσσάρων
αντιστάσεων ώστε η γέφυρα να ισορροπεί;
Ερώτηση: Ποια είναι η συνολική αντίσταση του κυκλώματος;
Ερώτηση: Ποιες αντιστάσεις διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα;
Ερώτηση: Επηρεάζεται η ισορροπία της γέφυρας από την τιμή της πηγής τάσης;
Ερώτηση: Ενώ η γέφυρα βρίσκεται σε ισορροπία, αντιμεταθέστε (αλλάξτε τη θέση) μεταξύ αμπερομέτρου και πηγής τάσης. Επηρεάστηκε η ισορροπία
της γέφυρας;
Ερώτηση: θα μπορούσε το κύκλωμα της γέφυρας Wheatstone να λειτουργήσει ως μέθοδος υπολογισμού της τιμής αντιστάσεων; Με ποιον τρόπο;
Ουσιαστικά η γέφυρα Wheatstone αποτελεί έναν έμμεσο τρόπο
μέτρησης της τιμής ωμικών αντιστάσεων
Η μεταβλητή αντίσταση είναι ένας τύπος ωμικής αντίστασης, που
μπορεί να μεταβάλλεται μέσα σ' ένα συγκεκριμένο εύρος τιμών
Αυτό μπορεί να συμβεί καθώς μετακινούμε τον δρομέα της
αντίστασης. Σε αυτή την περίπτωση μεταβάλλεται το μήκος της,
άρα και η τιμή της
Μπορείτε να εξηγήσετε τι εξυπηρετεί η ύπαρξη του
αμπερομέτρου στο κύκλωμα; Πότε η γέφυρα βρίσκεται σε
ισορροπία;
Όταν η γέφυρα δεν βρίσκεται σε ισορροπία λέμε ότι βρίσκεται σε
εκτροπή.
Εφαρμογή γέφυρας Wheatstone: το ψηφιακό θερμόμετρο
Ένα
ηλεκτρονικό
θερμόμετρο
αποτελείται
από
τα
ακόλουθα
στοιχεία:
- έναν μεταλλάκτη θερμοκρασίας (συνήθως ένα θερμίστορ)
- ένα κύκλωμα γέφυρας Wheatstone
- έναν ενισχυτή
- έναν μετρητή με οθόνη για την παρουσίαση της μέτρησης
Ο
μεταλλάκτης
θερμοκρασίας
τοποθετείται
σε
επαφή
με
το
αντικείμενο
του
οποίου
τη
θερμοκρασία
θέλουμε
να
μετρήσουμε
και
συνδέεται
με
την
είσοδο
της
γέφυρας
Wheatstone,
η
οποία
λειτουργεί
σε
εκτροπή.
Οι
μεταβολές
στη
θερμοκρασία
του
μεταλλάκτη
προκαλούν
μεταβολές
στην
αντίστασή
του,
οι
οποίες
με
τη
σειρά
τους
προκαλούν
μεταβολές
στην
τάση
εξόδου
της
γέφυρας
Wheatstone.
Η
τάση
εξόδου
της
γέφυρας
αφού
ενισχυθεί
με
έναν
ενισχυτή,
συνδέεται
με
τον
μετρητή,
η
οθόνη
του οποίου έχει βαθμονομηθεί σε μονάδες θερμοκρασίας
Επειδή το αμπερόμετρο θα πρέπει να είναι μεγάλης ευαισθησίας
ώστε να μετράει απειροελάχιστη ένταση ρεύματος, μπορούμε στη
θέση του να χρησιμοποιήσουμε γαλβανόμετρο.
Ένα απλό γαλβανόμετρο αποτελείται από τον μηχανισμό D'
Arsonval και από μία κλίμακα με το μηδέν στο μέσον της. Η
κλίμακα δεν είναι βαθμολογημένη σε μονάδες ρεύματος αλλά
συνήθως σε μονάδες γωνίας η αυθαίρετες μονάδες. Τα
γαλβανόμετρα χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση διέλευσης
ρεύματος από ένα κύκλωμα. Όταν το όργανο διαρρέεται από
συνεχές ρεύμα ο δείκτης του κινείται προς τη μία η την άλλη
πλευρά του μηδενός, ανάλογα με την φορά του ρεύματος.
Θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε βολτόμετρο αντί για
αμπερόμετρο (ή γαλβανόμετρο);
Θα
μπορούσαμε
να
χρησιμοποιήσουμε
γαλβανόμετρο
για
την
μέτρηση εναλλασσόμενου ρεύματος;
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ
