Wheatstonov merilni most in njegova uporaba

Eden najbolj priljubljenih mostna vezja, ki se še danes uporablja v merilnih instrumentih in v električnih laboratorijih, je Wheatstonov merilni most, poimenovan po angleškem izumitelju Charlesu Wheatstonu, ki je to shemo za merjenje upora predlagal že leta 1843.

Wheatstonov merilni most je v bistvu električni analog farmacevtske žarkovne tehtnice, saj se tu uporablja podoben način kompenzacijskega merjenja.

Načelo delovanja merilnega mostu temelji na izenačitvi potencialov srednjih sponk dveh vzporedno povezanih upornih vej, vsaka veja ima dva upora. Kot del ene od vej je vključen upor, katerega vrednost želite vedeti, v drugi pa upor z nastavljivim uporom (reostat ali potenciometer).

Z gladkim spreminjanjem vrednosti upora nastavljivega upora dobimo ničelni odčitek na skali galvanometra, ki je vključen v diagonalo med srednjima točkama obeh omenjenih vej.V pogojih, ko galvanometer kaže nič, bodo potenciali srednjih točk enaki, zato je želeni upor mogoče enostavno izračunati.

Jasno je, da mora imeti vezje poleg uporov in galvanometra tudi napajanje za most, na sliki je prikazan kot galvanski člen E. Tok teče iz pozitivnega v negativni, medtem ko se deli med dvema vejama v obratno sorazmerno z njihovimi upornostmi.

Če sta zgornji in spodnji upor v kraku mostu enaka v parih, to je, ko sta kraka popolnoma enaka, ni razloga, da bi se tok pojavil čez diagonalo, saj je potencialna razlika med priključnimi točkami galvanometra je nič. V tem primeru pravimo, da je most uravnotežen ali uravnotežen.

Če so zgornji upori enaki, spodnji upori pa ne, bo tok tekel diagonalno, od kraka večjega upora do kraka manjšega upora, pri čemer se bo igla galvanometra odklonila v ustrezno smer.

Torej, če so potenciali točk, na katere je priključen galvanometer, enaki, bodo razmerja vrednosti zgornjega in spodnjega upora v rokah enaka drug drugemu. Tako z enačenjem teh odnosov dobimo enačbo z eno neznanko. Upore R1, R2 in R3 je treba najprej izmeriti z visoko natančnostjo, nato pa bo natančnost iskanja upora Rx (R4) visoka.

Vezje Wheatstonovega mostu se pogosto uporablja za merjenje temperature, ko se vklopi ena od vej mostu uporovni termometer kot neznani upor.Vsekakor pa velja, da večja kot je razlika uporov v vejah, večji bo tok skozi diagonalo in ob spremembi upora se spremeni tudi diagonalni tok.

To lastnost Wheatstonovega mostu tako cenijo tisti, ki rešujejo probleme nadzora in merjenja ter razvijajo sheme nadzora in avtomatizacije. Najmanjša sprememba upora v eni od vej povzroči spremembo toka skozi most in ta sprememba se zabeleži. Namesto galvanometra se lahko v diagonalo mostu vključi ampermeter ali voltmeter, odvisno od posameznega vezja in namena študije.

Na splošno lahko z uporabo Wheatstonovega mostu merite različne količine: elastično deformacijo, osvetlitev, vlažnost, toplotno kapaciteto itd. Dovolj je, da namesto izmerjenega upora v vezje vključite ustrezen senzor, katerega občutljivi element bo zmožnost spreminjanja upora je skladna s spremembo izmerjene vrednosti, tudi če ni električna. Običajno je v takih primerih povezan Wheatstonov most preko ADC, in nadaljnja obdelava signala, prikaz informacij na zaslonu, dejanja na podlagi prejetih podatkov — vse to ostaja stvar tehnologije.