Μια γέφυρα είναι μια ηλεκτρικό κύκλωμα που αποτελείται από τρεις κλάδους που συνδέονται σε ένα κοινό σημείο και η ενδιάμεση γέφυρα που υπάρχει μπορεί να είναι ρυθμιζόμενη. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε ένα ηλεκτρικό εργαστήριο για τη μέτρηση διαφόρων παραμέτρων και σε εφαρμογές όπως το φιλτράρισμα, γραμμική και μη γραμμική , και τα λοιπά. Γέφυρες ταξινομούνται σε δύο τύπους, DC γέφυρες όπως Wheatstone Bridge, Kelvin Double Bridge, Mega Ohm Bridge και AC γέφυρες όπως Inductance, Capacitance, Frequency. Για τη μέτρηση μιας μικρής τιμής αντίστασης όπως 1 ohm, μπορούμε είτε να χρησιμοποιήσουμε ένα ωμόμετρο είτε μια γέφυρα Wheatstone, αλλά σε περίπτωση που η τιμή αντίστασης είναι μικρότερη από 1 ohm, θα είναι δύσκολο να μετρηθεί. Ως εκ τούτου, μετατοπίζουμε μια χαμηλότερη τιμή των άγνωστων αντιστάσεων, 2 αντιστάσεων ακριβείας και ένα αμπερόμετρο υψηλού ρεύματος για να σχηματίσουμε αντιστάσεις τεσσάρων ακροδεκτών, όπου το ρεύμα ρέει μέσω του κυκλώματος, τότε η πτώση τάσης στις αντιστάσεις μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας ένα γαλβανόμετρο , η οποία μαζί είναι μια αντίσταση τεσσάρων τερματικών που ονομάζεται γέφυρα kelvin.
Τι είναι το Kelvin Double Bridge;
Ορισμός: Η γέφυρα kelvin ή η διπλή γέφυρα kelvin είναι μια τροποποιημένη έκδοση του Γέφυρα Wheatstone , η οποία μπορεί να μετρήσει τιμές αντίστασης στο εύρος από 1 έως 0,00001 ohms με υψηλή ακρίβεια. Ονομάζεται επειδή χρησιμοποιεί ένα άλλο σύνολο βραχιόνων αναλογίας και ένα γαλβανόμετρο για τη μέτρηση της άγνωστης τιμής αντίστασης. Η βασική λειτουργία της διπλής γέφυρας Kelvin μπορεί να γίνει κατανοητή από τη βασική κατασκευή και λειτουργία της γέφυρας kelvin.
Αρχή της γέφυρας Kelvin
Μια γέφυρα Wheatstone χρησιμοποιείται για τη μέτρηση αντίστασης ίσης ή μεγαλύτερης από 1 - ohm, αλλά αν θέλουμε να μετρήσουμε την αντίσταση κάτω από 1 - ohm, καθίσταται δύσκολη επειδή τα καλώδια που συνδέονται με το γαλβανόμετρο αυξάνουν την αντίσταση της συσκευής κατά μήκος με την αντίσταση των οδηγών που οδηγεί σε διακύμανση στη μέτρηση της πραγματικής τιμής αντίστασης. Ως εκ τούτου, για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια τροποποιημένη γέφυρα που ονομάζεται γέφυρα kelvin.
Παράγωγο για την εύρεση άγνωστης τιμής αντίστασης
Η γέφυρα Kelvin είναι αντίστασης 'r' που συνδέει το 'R' (άγνωστο αντίσταση ) στην τυπική αντίσταση 'S'. Η τιμή αντίστασης μπορεί να προβληθεί στο γαλβανόμετρο (από 'm έως n'). Εάν ο δείκτης στο γαλβανόμετρο εμφανίζεται στο 'm'. Αυτό σημαίνει ότι η τιμή αντίστασης είναι μικρότερη και εάν ο δείκτης δείχνει στο 'n' σημαίνει ότι η τιμή αντίστασης είναι υψηλή. Επομένως μάλλον συνδέοντας το γαλβανόμετρο στο 'm και n' επιλέγουμε ένα άλλο ενδιάμεσο σημείο 'd' στη γέφυρα kelvin όπως φαίνεται στο σχήμα
Γέφυρα Kelvin
Η τιμή της αντίστασης μπορεί να υπολογιστεί ως εξής
r1 / r2 = P / Q ………… (1)
R + r1 = (P / Q) * (S + r2)
Από 1
r 1 / (r1 + r2) = P / (P + Q)
r1 = [P / (P + Q)] .r
ξέρουμε ότι r1 + r2 = r
r2 = [Q / (P + Q)] .r
R + [P / (P + Q)] * r = P / Q [S + (Q / (P + Q) * r)]
R = (P / Q) * S …………. (2)
Από την παραπάνω εξίσωση, μπορούμε να πούμε ότι με τη σύνδεση του γαλβανόμετρου στο σημείο 'd' δεν θα υπάρξει επίδραση στη μέτρηση της πραγματικής τιμής αντίστασης, αλλά το μόνο μειονέκτημα αυτής της διαδικασίας είναι ότι είναι δύσκολο να εφαρμοστεί, επομένως χρησιμοποιούμε μια διπλή γέφυρα Kelvin για ακριβή τιμή χαμηλής αντίστασης.
Διάγραμμα κυκλώματος της διπλής γέφυρας Kelvin
Η κατασκευή της διπλής γέφυρας Kelvin είναι παρόμοια με την πέτρινη γέφυρα σιταριού, αλλά η μόνη διαφορά είναι ότι αποτελείται από 2 βραχίονες 'P & Q', 'p & q' όπου ο βραχίονας 'p & q' συνδέεται με το ένα άκρο του το γαλβανόμετρο, στο 'd' και το 'P & Q' συνδέεται με ένα άλλο άκρο του γαλβανόμετρου, στο 'b'. Αυτή η σύνδεση ελαχιστοποιεί την επίδραση του συνδετικού καλωδίου και η άγνωστη αντίσταση R & μια τυπική αντίσταση S τοποθετείται μεταξύ 'm και n' και 'a and c'.
Κύκλωμα Διπλής Γέφυρας Kelvin
Παραγωγή
Η αναλογία p / q = P / Q,
Υπό ρεύμα ισορροπημένης κατάστασης σε γαλβανόμετρο = 0
Δυνητική διαφορά σε a & b = πτώση τάσης μεταξύ Eamd.
Eab = [P / P + Q] Eac
Eac = I [R + S + [(p + q) r] / [p + q + r]] ………… (3)
Eamd = I [R + (p / (p + q)) * {(p + q) r / (p + q + r)}]
Eac = I [p r / (p + q + r)] ……… (4)
Όταν το γαλβανόμετρο δείχνει μηδέν τότε
( P / P + Q) * I [R + (p / (p + q)) * {(p + q) r / (p + q + r)}] = I [pr / (p + q + r) ]
R = (P / R) * S + p r / (p + q + r) [(P / Q) - (p / q)]
Ξέρουμε ότι P / Q = p / q
R = (P / Q) * S ……. (5)
Για την επίτευξη τέλειων αποτελεσμάτων, ο λόγος βραχιόνων πρέπει να διατηρείται ίσος και το θερμοηλεκτρικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο να προκαλείται στη γέφυρα κατά τη λήψη μετρήσεων μπορεί να μειωθεί αλλάζοντας την πολικότητα της σύνδεσης. Επομένως, η άγνωστη τιμή αντίστασης μπορεί να ληφθεί από τους δύο βραχίονες. Συνήθως, μετρά 1 - 0,00001 ohm με ακρίβεια ± 0,05% έως ± 0,2%, προκειμένου να επιτευχθεί ευαισθησία το ρεύμα που πρέπει να τροφοδοτηθεί πρέπει να είναι μεγάλο.
Πλεονεκτήματα
Τα πλεονεκτήματα είναι
- Μπορεί να μετρήσει την τιμή αντίστασης στην περιοχή από 0,1 μΑ έως 1,0 A.
- Η κατανάλωση ισχύος είναι μικρότερη
- Απλό στην κατασκευή
- Η ευαισθησία είναι υψηλή.
Μειονεκτήματα
Τα μειονεκτήματα είναι
- Για να γνωρίζετε εάν η γέφυρα είναι ισορροπημένη ή όχι, χρησιμοποιείται το ευαίσθητο γαλβανόμετρο.
- Για να αποκτήσετε καλή ευαισθησία της συσκευής, απαιτείται υψηλό ρεύμα.
- Οι χειροκίνητες ρυθμίσεις γίνονται περιοδικά όταν απαιτείται.
Εφαρμογές
Η εφαρμογή της διπλής γέφυρας Kelvin είναι
- Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της άγνωστης αντίστασης ενός καλωδίου.
Συχνές ερωτήσεις
1). Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι γεφυρών;
Οι γέφυρες ταξινομούνται συνήθως σε δύο τύπους, δηλαδή DC Bridge (Wheatstone Bridge, Kelvin Double Bridge, Mega Ohm Bridge) και AC Bridge (Inductance, Capacitance, Frequency).
2). Γιατί χρησιμοποιείται η διπλή γέφυρα Kelvin;
Η διπλή γέφυρα Kelvin είναι μια τροποποιημένη μορφή γέφυρας Wheatstone, η οποία χρησιμοποιείται για τη μέτρηση χαμηλότερων τιμών αντίστασης στην περιοχή από 1 έως 0,00001 ohms.
3). Γιατί χρησιμοποιείται η διπλή γέφυρα Kelvin για τη μέτρηση της χαμηλής αντίστασης;
Κατά τη μέτρηση της τιμής χαμηλής αντίστασης, η αντίσταση επαφής και μολύβδου προκαλεί σημαντικό σφάλμα στην ανάγνωση, ως εκ τούτου για να ξεπεραστεί αυτό το σφάλμα χρησιμοποιείται η διπλή γέφυρα kelvin.
4). Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του Wheatstone και του Kelvin Double Bridge;
Η γέφυρα Wheatstone μετρά την αντίσταση μεγαλύτερη ή ίση με 1 - ohm εξισορροπώντας το κύκλωμα, ενώ η διπλή γέφυρα Kelvin είναι τροποποιημένη μορφή Wheatstone, η οποία χρησιμοποιείται για τη μέτρηση χαμηλότερων τιμών αντίστασης στην περιοχή από 1 έως 0,00001 ohms.
5). Όταν η γέφυρα είναι ισορροπημένη, πόσο ρεύμα ρέει μέσω του γαλβανόμετρου;
Το μηδέν ρεύμα «0» ρέει μέσω της γέφυρας όταν η γέφυρα είναι ισορροπημένη.
6). Ποια είναι η επίδραση της αντίστασης φορτίου και επαφής στη γέφυρα kelvin;
Δεν υπάρχει επίδραση φορτίου και αντίστασης επαφής στη γέφυρα Kelvin αφού η γέφυρα είναι ανεξάρτητη από αντίσταση φορτίου και επαφής.
7). Ποια είναι η ακρίβεια του Kelvin Double Bridge;
Η άγνωστη τιμή αντίστασης μπορεί να ληφθεί από τους δύο βραχίονες της διπλής γέφυρας Kelvin, συνήθως, μετρά 1- 0,00001 ohm με ακρίβεια ± 0,05% έως ± 0,2%.
Η γέφυρα είναι ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, το οποίο χρησιμοποιείται στο Laborites για τη μέτρηση διαφόρων παραμέτρων. Συνήθως ταξινομούνται σε δύο τύπους, DC (Γέφυρα Wheatstone, Kelvin Double Bridge, Mega Ohm Bridge) και AC γέφυρες (Inductance, Capacitance, Frequency). Αυτό το άρθρο παρέχει μια επισκόπηση της διπλής γέφυρας Kelvin, a γέφυρα kelvin ή το kelvin double bridge είναι μια τροποποιημένη έκδοση της γέφυρας Wheatstone, η οποία μπορεί να μετρήσει τιμές αντίστασης στο εύρος από 1 έως 0,00001 ohm με ακρίβεια ± 0,05% έως ± 0,2%. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της γέφυρας είναι ότι μπορεί να μετρήσει ακόμη και μικρή τιμή αντίστασης.
