„Срце науке је мерење“, а за мерење се мостовни кругови користе за проналажење свих врста електричних и електроничких параметара. Проучавали смо неколико мостова у електричном и електроничком мерењу и инструментацији. Доња табела приказује различите мостове са њиховом употребом:
| С.бр. | Име моста | Параметар који треба одредити |
| 1. | Вхеатстоне | измери непознати отпор |
| 2. | Андерсон | измерити самоиндуктивност завојнице |
| 3. | Де-саути | мерење врло мале вредности Капацитета |
| 4. | Маквелл | измери непознату индуктивност |
| 5. | Келвин | користи се за мерење непознатих електричних отпорника испод 1 охма. |
| 6. | Веин | мерење капацитивности у смислу отпора и фреквенције |
| 7. | Хаи | мерење непознате пригушнице велике вредности |
Овде ћемо разговарати о Вхеатстоне мосту који се користи за мерење непознатог отпора. Данас дигитални мултиметар на једноставан начин помаже у мерењу отпора. Али предност Вхеатстоне-овог моста у односу на ово је пружање мерења врло ниских вредности отпора у опсегу мили-ома.
Вхеатстоне бридге
Самуел Хунтер Цхристие изумио је Вхеатстонеов мост 1833. године, а овај мост је побољшао и популаризовао Сир Цхарлес Вхеатстоне 1843. Вхеатстонеов мост је међусобно повезивање четири отпора који чине мост. Четири отпора у кругу називају се краковима моста. Мост се користи за проналажење вредности непознатог отпора повезаног са два позната отпорника, једним променљивим отпорником и галванометром. Да би се пронашла вредност непознатог отпора, отклон на галванометру је подешен на нулу подешавањем променљивог отпорника. Ова тачка је позната као тачка равнотеже Вхеатстоне моста.
Извођење
Као што видимо на слици, Р1 и Р2 су познати отпорници. Р3 је променљиви отпорник, а Рк непознати отпор. Мост је повезан са извором једносмерне струје (батерија).
Ако је мост у уравнотеженом стању, не би требало да тече струја кроз галванометар и иста струја И1 ће тећи кроз Р1 и Р2. Исто важи и за Р3 и Рк, што значи да ће проток струје (И2) кроз Р3 и Рк остати исти. Дакле, испод су прорачуни за откривање непознате вредности отпора када је мост у равнотежном стању (нема струјања струје између тачака Ц и Д).
В = ИР (по охмовом закону) ВР1 = И1 * Р1… једначина (1) ВР2 = И1 * Р2… једначина (2) ВР3 = И2 * Р3… једначина (3) ВРк = И2 * Рк… једначина (4)
Пад напона на Р1 и Р3 је исти, а пад напона на Р2 и Р4 је такође исти у уравнотеженом стању моста.
И1 * Р1 = И2 * Р3… једначина (5) И1 * Р2 = И2 * Рк… једначина (6)
О подели једначине (5) и једначине (6)
Р1 / Р2 = Р3 / Рк Рк = (Р2 * Р3) / Р1
Дакле, одавде добијамо вредност Рк која је наш непознати отпор и отуда тако Вхеатстоне мост помаже у мерењу непознатог отпора.
Операција
Практично се променљиви отпор подешава све док вредност струје кроз галванометар не постане нула. У том тренутку мост се назива уравнотеженим Вхеатстонеовим мостом. Добијање нулте струје кроз галванометар даје високу тачност, јер мања промена променљивог отпора може пореметити стање равнотеже.
Као што је приказано на слици, у мосту Р1, Р2, Р3 и Рк постоје четири отпора. Где су Р1 и Р2 непознати отпорник, Р3 је променљиви отпор, а Рк непознати отпор. Ако је однос познатих отпорника једнак односу подешеног променљивог отпора и непознатог отпора, у том стању струја неће тећи кроз галванометар.
У уравнотеженом стању,
Р1 / Р2 = Р3 / Рк
У овом тренутку имамо вредност Р1 , Р2 и Р3, тако да је лако пронаћи вредност Рк из горње формуле.
Из горњег услова, Рк = Р2 * Р3 / Р1
Отуда се вредност непознатог отпора израчунава помоћу ове формуле, с обзиром да је струја кроз Галванометар нула.
Дакле, морамо подесити потенциометар до тачке када ће напон на Ц и Д бити једнак, у том стању струја кроз тачке Ц и Д ће бити нула и очитавање галванометра биће нула, у тој одређеној позицији ће се позвати Вхеатстоне Бридге Уравнотежено стање. Ова комплетна операција је објашњена у видеу датом у наставку:
Пример
Узмимо пример за разумевање концепта Вхеатстоне моста, јер узимамо неуравнотежени мост да бисмо израчунали одговарајућу вредност за Рк (непознати отпор) за уравнотежење моста. Као што знамо ако је разлика пада напона на тачкама Ц и Д једнака нули, тада је мост у равнотежном стању.
Према схеми кола, За први крак АДБ, Вц = {Р2 / (Р1 + Р2)} * Вс
Стављањем вредности у горњу формулу, Вц = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 волти
За АЦБ другог крака, Вд = {Р4 / (Р3 + Р4)} * Вс Вд = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 волта
Дакле, разлика напона између тачке Ц и Д је:
Воут = Вц - Вд = 8 - 3 = 5 волти
Ако је разлика пада напона на Ц и Д позитивна или негативна (позитиван или негативан показује смер неравнотеже), то показује да је мост неуравнотежен и за његово уравнотежење потребна нам је другачија вредност отпора у замени Р4.
Вредност отпора Р4 потребна за уравнотежење кола је:
Р4 = (Р2 * Р3) / Р1 (стање балансног моста) Р4 = 80 * 360/40 Р4 = 720 охма
Дакле, вредност Р4 потребна за уравнотежење моста је 720 Ω, јер ако је мост уравнотежен, разлика пада напона на Ц и Д је једнака нули и ако можете да користите отпорник од 720 Ω, разлика напона биће нула.
Апликације
- Углавном се користи за мерење врло мале вредности непознатог отпора у опсегу од мили ома.
- Ако користимо варистор са Вхеатстонеовим мостом, такође можемо идентификовати вредност неких параметара попут капацитивности, индуктивности и импедансе.
- Коришћење Вхеатстоне моста са оперативним појачалом помаже у мерењу различитих параметара као што су температура, деформација, светлост итд.