Tá droichead Wheatstone ar cheann de na ciorcaid is iontaofa agus is mó a úsáidtear go forleathan chun friotaíocht leictreach a thomhas le cruinneas ard. Trí chóimheasa friotaíochta a chur i gcomparáid agus coinníoll droichead cothrom a úsáid, is féidir leis friotaíocht anaithnid a chinneadh go cruinn.
Cad is Droichead Wheatstone ann?
Is ciorcad tomhais friotaíochta é droichead Wheatstone a aimsíonn friotaíocht anaithnid trí dhá thaobh de líonra droichid a chothromú. Nuair a bhíonn an droichead cothromaithe (ní shreabhann aon sruth tríd an mbrainse brathadóra), déantar an fhriotaíocht anaithnid a chinneadh ó chóimheas na bhfriotaíocht eile.
Tógáil Dhroichead Chloch na Cruithneachta
Tógtar droichead Wheatstone ag baint úsáide as ceithre arm friotóir ceangailte i lúb dúnta, diamant-chruthach. Tá friotóirí le luachanna aitheanta ag dhá cheann de na hairm seo, cuimsíonn lámh amháin friotóir athraitheach (inchoigeartaithe), agus coinníonn an ceathrú lámh an friotóir anaithnid a thomhaistear. Chun an droichead a oibriú, tá foinse cumhachta (soláthar EMF) ceangailte thar dhá phointe contrártha den líonra, lipéadaithe A agus B de ghnáth, ionas gur féidir le sruth sreabhadh tríd an gciorcad. Ansin ceanglaítear galbhánaiméadar idir an dá acomhal eile, lipéadaithe C agus D de ghnáth, arb iad na lárphointí iad idir na friotóirí ar gach taobh den droichead. Léiríonn an galbhánaiméadar an bhfuil an sruth ag dul tríd an nasc lárphointe seo: má shraonann sé, tá an droichead neamhchothromaithe, agus mura dtaispeánann sé aon sraonadh, tá an droichead cothromaithe.
Prionsabal Oibre Droichead Wheatstone
Oibríonn droichead Wheatstone ar an bprionsabal sraonadh nialasach. Déanann sé comparáid idir dhá chóimheas friotaíochta i líonra droichid. Nuair a bhíonn na cóimheasa seo comhionann, sroicheann an dá nód lárphointe an droichid (pointí C agus D) an poitéinseal leictreach céanna. Toisc nach bhfuil aon difríocht voltais idir C agus D, ní shreabhann aon sruth tríd an galbhánaiméadar, agus taispeánann an galbhánaiméadar sraonadh nialasach.
Coinníollacha Droichid
Droichead neamhchothromaithe
• Tá difríocht voltais ann idir pointí C agus D
• Sreabhann reatha tríd an galbhánaiméadar
• Léiríonn sé seo nach bhfuil na cóimheasa friotaíochta comhionann
Droichead cothromaithe
• Tá an voltas ag pointí C agus D comhionann
• Níl aon sreabhadh reatha tríd an galbhánaiméadar
• Tá an droichead ag nialas (sraonadh nialasach)
Coinníoll cothromaíochta:
R1 / R2 = R3 / Rx
Nuair a bhíonn an droichead cothromaithe, is féidir an fhriotaíocht anaithnid a aimsiú trí atheagrú:
Rx=(R2⋅R3)/R1
Foirmle Dhroichead Wheatstone agus Ríomh Samplach
Smaoinigh ar na friotaíocht seo a leanas sa chiorcad droichid:
• R1 agus R2 → friotóirí aitheanta
• Friotóir athraitheach R3 →
• Rx (R4) → friotóir anaithnid
Glac leis:
• Reatha trí bhrainse ACB = i1
• Reatha trí bhrainse ADB = i2
Titeann Voltas
De réir dhlí Ohm:
V₁ = i₁R₁
V₂ = i₁R₂
V₃ = i₂R₃
Vx = i₂Rx
Maidir le droichead cothrom, tá na voltais ag pointí C agus D comhionann. Dá bhrí sin:
i₁R₁ = i₂R₃
i₁R₂ = i₂Rx
Ag roinnt an dá chothromóid tugtar an coinníoll cothromaíochta:
R₁ / R₂ = R₃ / Rx
Is é an fhriotaíocht anaithnid:
Rx = (R₂ / R₁) × R₃
Is é an chothromóid seo an gaol bunúsach a úsáidtear chun friotaíocht anaithnid a chinneadh i ndroichead Wheatstone.
Sampla: Droichead Cothromaithe agus Neamhchothrom
Smaoinigh ar na luachanna seo a leanas:
• R1 = 50 Ω
• R2 = 100 Ω
• R3 = 40 Ω
• R4 = 120 Ω
Voltas soláthair Vs = 10 V
Voltas ag Pointe C
VC = R2 / (R1 + R2) × Vs
VC = 100 / (50 + 100) × 10
VC = 6.67 V
Voltas ag Pointe D
VD = R4 / (R3 + R4) × Vs
VD = 120 / (40 + 120) × 10
VD = 7.5 V
Voltas Aschuir
Vout = VC − VD
Vout = 6.67 − 7.5
Vout = -0.83 V
Ós rud é nach bhfuil an voltas aschuir nialas, tá an droichead neamhchothromaithe.
Luach Cothromaithe R4 a Aimsiú
Ag baint úsáide as an gcothromóid iarmhéid:
R1 / R2 = R3 / R4
R4 = (R2 / R1) × R3
R4 = (100 / 50) × 40
R4 = 80 Ω
Nuair a R4 = 80 Ω, éiríonn droichead Wheatstone cothromaithe.
Íogaireacht Dhroichead Wheatstone
Tagraíonn íogaireacht droichead Wheatstone do cé chomh héifeachtach is féidir leis an droichead athruithe an-bheaga i bhfriotaíocht a bhrath. Táirgeann droichead an-íogair athrú suntasach ar aschur fiú nuair nach n-athraíonn an fhriotaíocht ach beagán, rud a fhágann go bhfuil sé úsáideach go háirithe d'iarratais tomhais agus braiteora beacht.
Bíonn tionchar ag roinnt fachtóirí ar íogaireacht. Feabhsaíonn sé nuair a bhíonn na friotóirí sa droichead comhoiriúnach go dlúth, toisc go gcruthaíonn athruithe beaga comhartha míchothromaíochta níos soiléire. Is féidir le voltas soláthair níos airde an freagra aschuir a mhéadú freisin, chomh fada agus a fhanann sé laistigh de theorainneacha oibriúcháin sábháilte do na comhpháirteanna. Tá ról mór ag an mbrathadóir freisin, cibé acu galbhánaiméadar nó ciorcad braite bunaithe ar aimplitheoir é, ós rud é gur féidir le brathadóir níos fearr difríochtaí voltais níos lú a chlárú.
Mar fhocal scoir, is láidre an íogaireacht nuair a oibríonn an droichead in aice leis an riocht cothromaithe, áit a bhfuil fiú athruithe friotaíochta beaga ina gcúis le hathruithe aschuir intomhaiste. Go praiticiúil, is é an droichead is íogaire nuair a bhíonn na luachanna friotóir cosúil agus déantar an ciorcad a choigeartú chun oibriú gar do chothromaíocht.
Foinsí Coitianta Earráide i nDroichead Wheatstone
Friotaíocht luaidhe agus teagmhála
Cuireann sreanga nasctha, críochfoirt, agus pointí teagmhála friotaíocht bheag ar féidir leo an coinníoll cothromaíochta a athrú go háirithe nuair a thomhas luachanna friotaíochta íseal. Maidir le tomhais friotaíochta an-íseal, is fearr an droichead Kelvin toisc go n-íoslaghdaíonn sé earráidí friotaíochta luaidhe / teagmhála.
Éifeachtaí Teochta
Athraíonn friotaíocht le teocht, mar sin is féidir le héagsúlachtaí i ndálaí comhthimpeallacha nó téamh friotóir na cóimheasa droichid a athrú beagán agus cothromaíocht a chur isteach. Ag baint úsáide as friotóirí beachtais le comhéifeachtaí teochta íseal agus coinníollacha a choinneáil cobhsaí feabhsaíonn cruinneas.
Íogaireacht Brathadóra (Riachtanas Galbhánaiméadar)
Braitheann droichead Wheatstone ar dhifríochtaí voltais an-bheaga a bhrath in aice le cothromaíocht. Mura bhfuil an galbhánaiméadar nó an brathadóir íogair go leor, b'fhéidir nach dtabharfaí faoi deara míchothromaíochtaí beaga, rud a fhágann go mbeidh torthaí míchruinne. Is minic a úsáideann córais nua-aimseartha aimplitheoirí ionstraimíochta chun braite a fheabhsú.
Féin-théamh friotóirí
Is cúis le sruth trí fhriotóirí caillteanas cumhachta agus téamh PI2R, ar féidir leo luachanna friotaíochta a athrú agus an pointe cothromaíochta a athrú. Cuidíonn leibhéil reatha ísle agus friotóirí ardchaighdeáin leis an éifeacht seo a laghdú.
Coigeartú Láimhe agus Earráid Dhaonna
Is féidir leis an droichead a chothromú ag baint úsáide as friotóir athraitheach earráidí beaga léitheoireachta agus coigeartaithe a thabhairt isteach, go háirithe nuair a bhíonn tú ag iarraidh sraonadh nialasach cruinn a bhaint amach. Laghdaíonn modhanna cothromaíochta uathoibrithe nó digiteacha an teorainn seo.
Raon teoranta ag luachanna friotaíochta an-ard
Tá droichead caighdeánach Wheatstone níos lú éifeachtach le haghaidh friotaíocht an-ard toisc gur féidir le sruthanna sceite, friotaíocht inslithe, agus freagairt brathadóra lag tionchar a imirt ar chruinneas. Is gnách go n-úsáidtear modhanna tomhais speisialaithe le haghaidh tástála ardfhriotaíochta.
Luaineachtaí Voltais Soláthair
Cé go laghdaíonn an modh nialasach spleáchas ar voltas soláthair, is féidir le voltas éagobhsaí tionchar a imirt fós ar fhreagairt agus íogaireacht an bhrathadóra. Feabhsaíonn soláthar cumhachta rialáilte cobhsaíocht.
Cineálacha Cumraíochtaí Droichead Wheatstone
Cumraíocht Ceathrú-Droichead
Níl ach eilimint braite ghníomhach i lámh amháin, agus tá na trí fhriotóir eile seasta. Tá an socrú seo simplí agus úsáidtear go forleathan le tomhasairí brú aonair, ach bíonn tionchar níos mó ag friotaíocht teochta agus luaidhe air.
Cumraíocht Leath-Droichid
Úsáideann dhá lámh eilimintí braite gníomhacha. Feabhsaíonn an chumraíocht seo íogaireacht agus féadann sé earráidí a bhaineann le teocht a laghdú nuair a chuirtear na heilimintí gníomhacha go straitéiseach.
Cumraíocht Droichead Iomlán
Tá eilimintí braite gníomhacha i ngach ceann de na ceithre lámh. Is é seo an socrú is íogaire agus cuireann sé an cruinneas tomhais is fearr ar fáil, rud a fhágann go bhfuil sé oiriúnach do thomhais brú agus brú beachtais.
Droichead Wheatstone le Braiteoirí
Úsáidtear droichid chruithneacht go forleathan in ionstraimíocht toisc go n-athraíonn go leor braiteoirí friotaíocht mar fhreagairt ar choinníollacha fisiciúla. Athraíonn an droichead athruithe beaga friotaíochta ina n-athruithe voltais intomhaiste. I measc na n-úsáidí braiteoirí coitianta tá:
• Tomhasairí Strain: Athraíonn tomhasairí brú friotaíocht nuair a bhíonn siad sínte nó comhbhrúite. Athraíonn droichead cloiche cruithneachta an t-athrú seo ina voltas aschuir atá comhréireach le brú .
• Braiteoirí Teochta: Is féidir RTDanna agus thermistors a úsáid i gciorcaid droichid chun athruithe teochta beaga a bhrath go cruinn.
• Braiteoirí Brú: Úsáideann go leor trasducers brú socruithe droichid ina n-athraíonn gluaiseacht scairt friotaíocht, ag táirgeadh comhartha aschuir intomhaiste.
• Braiteoirí Solais: Is féidir Photoresistors a úsáid i gciorcaid droichid chun athruithe déine solais a thomhas trí athruithe friotaíochta a thiontú ina athrú voltais.
Feidhmeanna Eile ar Dhroichead Chloch na Gráitneachta
Tomhas Friotaíochta
Úsáidtear droichead Wheatstone go coitianta chun friotaíocht anaithnid a thomhas tríd an gciorcad a choigeartú go dtí go sroicheann sé riocht cothrom (áit nach léiríonn an brathadóir aon sreabhadh reatha). Ag cothromaíocht, is féidir an fhriotaíocht anaithnid a ríomh go cruinn ó na cóimheasa friotóir aitheanta. Tá an cur chuige seo éifeachtach go háirithe maidir le luachanna friotaíochta íseal go meánach toisc gur féidir leis difríochtaí beaga a bhrath go soiléir agus torthaí iontaofa, beachta a sholáthar.
Cainníochtaí leictreacha a thomhas
Cuirtear prionsabal an droichid i bhfeidhm freisin i líonraí droichid eile atá deartha chun cainníochtaí leictreacha a thomhas go hindíreach. Trí chomhpháirteanna oiriúnacha a roghnú agus calabrú cuí a úsáid, is féidir le ciorcaid droichead eilimintí anaithnid a chur i gcomparáid le caighdeáin aitheanta. Déanann sé seo modhanna droichead-bhunaithe úsáideach chun toilleas, ionduchtas agus impedance a chinneadh, lena n-áirítear tomhais impedance AC nuair a úsáidtear socruithe droichid modhnaithe.
Ciorcaid Braite agus Rialaithe Solais
In iarratais braite solais, is féidir fótafhriotóir (LDR) a úsáid mar lámh amháin den droichead ionas go n-athróidh athruithe ar leibhéal solais friotaíocht go díreach. De réir mar a athraíonn an déine solais, éiríonn an droichead míchothrom agus gineann sé voltas aschuir a léiríonn an t-athrú gile. Is féidir an t-aschur seo a úsáid chun táscairí a thiomáint, aláraim a spreagadh, nó córais soilsithe uathoibríocha a rialú, mar shampla lampaí oíche, soilse sráide, agus lasca solais-ghníomhachtaithe.
Droichead Wheatstone vs Droichead Kelvin
Maidir le tomhas friotaíochta an-íseal, is minic a bhíonn an droichead Kelvin is fearr toisc go laghdaíonn sé earráidí de bharr friotaíocht luaidhe agus teagmhála.
| Gné | Droichead na Cloiche Cruithneachta | Droichead Kelvin |
|---|---|---|
| Is Fearr le haghaidh | Friotaíocht mheánach | Friotaíocht an-íseal |
| Earráid friotaíochta luaidhe / teagmhála | Is féidir tionchar a imirt ar thorthaí | Den chuid is mó díothaithe |
| Cruinneas ag friotaíocht íseal | Teoranta | An-ard |
| Úsáid tipiciúil | Tomhas ginearálta, braiteoirí | Hailt cábla, busbars, tástáil íseal-ohm |
Conclúid
Is é droichead Wheatstone an ciorcad bunúsach i dtomhas agus ionstraimíocht leictreach. Déanann a chruinneas ard, íogaireacht d'athruithe friotaíochta beaga, agus comhoiriúnacht le braiteoirí luachmhar i dtástáil thraidisiúnta agus i gcórais leictreonacha nua-aimseartha araon. Ó thomhas friotaíochta bunúsach go monatóireacht dhigiteach chun cinn, leanann droichead Wheatstone ag tacú le réitigh tomhais beachta agus iontaofa.
Ceisteanna Coitianta [Ceisteanna Coitianta]
Cén fáth go bhfuil droichead Wheatstone níos cruinne ná ohmmeter simplí a úsáid?
Tomhaiseann droichead Wheatstone friotaíocht ag baint úsáide as modh cothromaíochta (nialas) seachas sruth nó voltas a thomhas go díreach. Nuair a bhíonn an droichead cothromaithe, ní shreabhann aon sruth tríd an brathadóir, rud a íoslaghdaíonn earráidí tomhais de bharr calabrú ionstraime, athruithe voltais soláthair, agus friotaíocht brathadóra. Soláthraíonn an chomparáid cóimheas-bhunaithe cruinneas níos airde, go háirithe le haghaidh difríochtaí beaga friotaíochta.
An féidir le droichead Wheatstone luachanna friotaíochta an-ard a thomhas?
Is é droichead caighdeánach Wheatstone an chuid is éifeachtaí do raonta friotaíochta íseal go meánmhéide, de ghnáth ó chúpla ohms suas go dtí thart ar 1 MΩ. Is féidir le friotaíocht an-ard a thomhas a bheith deacair toisc gur féidir le sruthanna sceite, friotaíocht inslithe, agus íogaireacht brathadóra earráidí a thabhairt isteach. Is gnách go n-úsáidtear ciorcaid droichid speisialaithe nó modhanna tomhais dhigiteacha le haghaidh tomhais ardfhriotaíochta.
Cad a tharlaíonn mura bhfuil droichead Wheatstone cothromaithe go foirfe?
Mura bhfuil an droichead cothromaithe, tá difríocht voltais le feiceáil idir na nóid lárphointe, rud a fhágann go sreabhann sruth tríd an mbrathadóir. Táirgeann an sruth seo voltas aschuir intomhaiste a léiríonn treo agus méid na míchothromaíochta. I go leor feidhmchlár braiteora, déantar an voltas míchothromaíochta beag seo a thomhas d'aon ghnó chun athruithe fisiciúla cosúil le brú nó teocht a bhrath.
Cén fáth a n-úsáidtear droichid Wheatstone go coitianta le tomhasairí brú ?
Táirgeann tomhasairí brú athruithe friotaíochta an-bheag nuair a shíneann nó a chomhbhrúitear ábhar. Méadaíonn droichead Wheatstone éifeacht na n-athruithe beaga bídeacha seo trí iad a thiontú ina difríocht voltais intomhaiste. Fágann sé seo go bhfuil an droichead oiriúnach do thomhais mheicniúla beachtais cosúil le cealla ualaigh, tástáil struchtúrtha, agus braiteoirí fórsa.
Cén difríocht atá idir droichead digiteach Wheatstone agus droichead traidisiúnta?
Úsáideann droichid traidisiúnta Wheatstone galbhánaiméadar chun sraonadh nialasach a bhrath, agus cuireann droichid dhigiteacha nua-aimseartha aimplitheoirí ionstraimíochta, tiontairí analógacha-go-digiteacha (ADC), agus micrea-rialaitheoirí in ionad an bhrathadóra. Is féidir leis na córais dhigiteacha seo voltas éagothroime a thomhas go huathoibríoch, íogaireacht a fheabhsú, logáil sonraí a chumasú, agus comhtháthú le córais monatóireachta agus uathoibrithe nua-aimseartha.
