Γέφυρα Ουΐτστοουν

Η γέφυρα Wheatstone είναι ηλεκτρικό κύκλωμα το οποίο χρησιμοποιούνταν παλαιότερα για τη μέτρηση μιας άγνωστης αντίστασης κυκλώματος κατόπιν συγκρίσεως με μια γνωστή πρότυπη αντίσταση. Σημαντική χρήση της συναντάται σε συστήματα μετρήσεων αισθητήρων, οποίοι αντικαθιστούν την «άγνωστη» αντίσταση. Παραδείγματα χρήσης της, είναι στην αυτοκινητοβιομηχανία, (μέτρηση ροής μάζας αέρα, μέσω τού αισθητήρα MAF), σε βιοϊατρικές εφαρμογές, (μέτρηση πίεσης τού αίματος), σε ελεγκτές δύο θέσεων, μέσω χρήσης συγκριτή κ.α.  

 Σύνδεση κυκλώματος 

Η σύνδεση του κυκλώματος της γέφυρας Wheatstone γίνεται όπως στο σχήμα στα δεξιά. Μια πηγή σταθερής τάσης παρέχει σταθερό ρεύμα στο κύκλωμα.
Τα σημεία D και B περιέχουν ενδιάμεσα γαλβανόμετρο.

 Κατάσταση ισορροπίας κυκλώματος 

Η κατάσταση ισορροπίας του κυκλώματος αυτού επιτυγχάνεται όταν η διαφορά τάσης μεταξύ των σημείων D και B ισούται με 0. Δηλαδή V=0. Για να ισχύει αυτό θα πρέπει η διαφορά τάσης μεταξύ των σημείων D και A, καθώς επίσης κι η διαφορά τάσης μεταξύ των D και C να είναι ίσες. Άρα θα ισχύει VDA=VDC. Παρομοίως και για τις διαφορές δυναμικού μεταξύ των B και A αλλά και B και C. Άρα: VBA=VBC. Σε αυτή την ειδική περίπτωση, το γαλβανόμετρο δεν διαρρέεται από ρεύμα, Ι=0.

 Εύρεση της άγνωστης αντίστασης RX 

Φυσικά, ο υπολογισμός της αντίστασης είναι πιο εύκολο να γίνει όταν το κύκλωμα βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας που έχουμε περιγράψει παραπάνω. Όταν ισχύει αυτό, το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση R3, έστω Ι3 θα είναι ίσο με το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση RX, έστω ΙΧ. Δηλαδή ΙΧ=Ι3. Με τον ίδιο τρόπο, προκύπτει ότι: Ι2=Ι1. Άρα για την άγνωστη αντίσταση έχουμε: .

 Γέφυρα Wheatstone χορδής 

Πέρα από το κύκλωμα που αναλύθηκε μερικώς παραπάνω, υπάρχει κι η γέφυρα Wheatstone χορδής. Εξυπηρετεί ακριβώς τους ίδιους σκοπούς απλά αποτελεί ξεχωριστό εργαλείο. Συνδέεται στο κύκλωμα αλλά αποτελεί ανεξάρτητη ολότητα, δεν προκύπτει δηλαδή από τον τρόπο σύνδεσης ή τη χρήση άλλων στοιχείων του κυκλώματος. Η χορδή παίζει το ρόλο της αντίστασης που μπορεί να ρυθμίζεται και να μεταβάλλεται χειροκίνητα.

 Διακριτική ικανότητα 

Η διακριτική ικανότητα είναι χαρακτηριστικό μέγεθος οργάνων μέτρησης. Με αυτό τον όρο, λοιπόν, εννοούμε τη μικρότερη δυνατή μεταβολή μιας μετρούμενης ποσότητας που μπορεί να γίνει από ένα όργανο μέτρησης. Η διακριτική ικανότητα είναι ένα μέγεθος που παίζει ρόλο στη γέφυρα Wheatstone.

 Σφάλματα μετρήσεων με γέφυρα Wheatstone 

Τα σφάλματα στις μετρήσεις είναι κάτι σύνηθες, αν όχι αυτονόητο, για τη φυσική κι ειδικά το πειραματικό κομμάτι της (κομμάτι μετρήσεων). Τρεις βασικοί λόγοι είναι αυτοί που συντελούν στην ύπαρξη σφαλμάτων στις μετρήσεις με γέφυρα Wheatstone:
 Η διέλευση του ρεύματος θερμαίνει τις αντιστάσεις κι οι τιμές αυτών μπορούν να υποστούν μεταβολή.
 Η ευαισθησία (άλλο χαρακτηριστικό μέγεθος οργάνων μέτρησης) κι η διακριτική ικανότητα του γαλβανομέτρου επηρεάζει τις αντίστοιχες ιδιότητες όλου του κυκλώματος.
 Οι μετρήσεις των αντιστάσεων (ιδιαίτερα των μικρών) επηρεάζονται από τις θερμοηλεκτρικές τάσεις μεταξύ των επαφών των μετάλλων αλλά κι από τις αντιστάσεις των καλωδίων (ή αγωγών) και των συνδέσεων.

 Πηγές 

Ηλεκτρικά Κυκλώματα, J. A. Edminister (Schaum's outline series)

 Δείτε επίσης 

Ηλεκτρικό ρεύμα
Ηλεκτρικό φορτίο
Ηλεκτρικές αντιστάσεις
Ηλεκτρικές συσκευές

Κατηγορία:Ηλεκτρικά κυκλώματα