Wheatstone Köprüsü Nedir? Nasıl Çalışır?

Wheatstone köprüsü, dört dirençten oluşan ve çok küçük direnç değişimlerini hassas biçimde ölçmeye yarayan klasik bir devredir. İki gerilim bölücünün paralel bağlanmasıyla oluşur; köprünün ortasındaki gerilim farkı okunarak bir direncin değeri veya değişimi belirlenir.

Nasıl Çalışır? Denge Koşulu

Köprü dört koldan (R1, R2, R3, R4) oluşur ve bir besleme gerilimi (Vex) uygulanır. Köprü "dengede" olduğunda, yani R1/R2 = R3/R4 olduğunda, orta noktalar arasındaki gerilim farkı sıfırdır. Kollardan biri (ör. bir sensör) değiştiğinde köprü dengesizleşir ve küçük bir fark gerilimi oluşur; bu fark, dirençteki değişimle orantılıdır. Bu yüzden Wheatstone köprüsü, doğrudan ölçülmesi zor olan çok küçük değişimleri "sıfır etrafında" büyütülebilir bir sinyale çevirir.

Nerede Kullanılır?

• Yük hücresi (load cell) ve strain gauge: Kuvvet/ağırlık ölçen gerinim ölçerler direnç değişimini köprüyle okur (terazi, tartı).
• RTD/PT100 ve termistör: Sıcaklıkla değişen direnci hassas ölçmek için.
• Basınç/tork sensörleri: Genelde köprü çıkışlı üretilir.

Çeyrek, Yarım ve Tam Köprü

Köprünün kaç kolunun aktif sensör olduğuna göre çeyrek (1 aktif), yarım (2 aktif) ve tam köprü (4 aktif) düzenleri vardır. Daha çok aktif kol, daha yüksek hassasiyet ve daha iyi sıcaklık telafisi sağlar. Köprü çıkışı çok küçük olduğu için (mV mertebesi) genelde bir enstrümantasyon amplifikatörü veya köprü ADC'si (ör. yük hücresi ADC'leri) ile büyütülür.

Dikkat Edilmesi Gerekenler

• Besleme kararlılığı: Çıkış, besleme gerilimine orantılıdır (ratiometrik); besleme gürültüsü ölçüme karışır. Kararlı bir referans/besleme önemlidir.
• Sıcaklık: Tek aktif kolda sıcaklık sürüklenmesi hata yapar; yarım/tam köprü ve aynı malzemeli kollar bunu telafi eder.
• Kablo direnci: Uzun kablolarda hat direnci köprüye karışır; 3/4 telli bağlantı veya yakın yükseltme gerekir.

Sıkça Sorulan Sorular

Wheatstone köprüsü ne işe yarar?
Çok küçük direnç değişimlerini (strain gauge, RTD gibi) hassas biçimde ölçmeye yarar; değişimi sıfır etrafında bir fark gerilimine çevirir.

Köprü dengesi ne demek?
R1/R2 = R3/R4 olduğunda orta noktalar arasındaki gerilim sıfırdır; buna denge denir. Sensör değişince denge bozulur ve okunabilir bir fark oluşur.

Köprü çıkışını büyütmek için yük hücresi ADC'si veya bir enstrümantasyon amplifikatörü kullanılır.