Litar Jambatan

Jambatan angkat jadi produk pelancongan Terbaharu di Terengganu (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Litar Jambatan

Bab 8 - Litar Pengukuran DC


Tiada teks mengenai pemeteran elektrik boleh dipanggil lengkap tanpa bahagian pada litar jambatan. Litar pintas ini menggunakan meter seimbang untuk membandingkan dua tegangan, sama seperti skala imbangan makmal membandingkan dua berat dan menunjukkan apabila ia sama. Tidak seperti litar "potentiometer" yang digunakan untuk mengukur voltan yang tidak diketahui, litar jambatan boleh digunakan untuk mengukur semua jenis nilai elektrik, bukan sekurang-kurangnya menjadi rintangan.

Litar jambatan standard, yang sering dipanggil jambatan Wheatstone, kelihatan seperti ini:

Apabila voltan antara titik 1 dan sisi negatif bateri adalah sama dengan voltan antara titik 2 dan sisi negatif bateri, pengesan null akan menunjukkan sifar dan jambatan dikatakan "seimbang." Keadaan jambatan kira-kira hanya bergantung kepada nisbah R a / R b dan R 1 / R 2, dan agak bebas daripada voltan bekalan (bateri). Untuk mengukur rintangan dengan jambatan Wheatstone, rintangan yang tidak diketahui disambungkan di tempat R a atau R b, manakala tiga lagi rintangan adalah alat ketepatan nilai yang diketahui. Salah satu daripada tiga perintang yang lain boleh diganti atau diselaraskan sehingga jambatan seimbang, dan apabila keseimbangan telah mencapai nilai perintang yang tidak diketahui dapat ditentukan dari nisbah rintangan yang diketahui.

Keperluan untuk ini menjadi sistem pengukuran adalah untuk mempunyai satu set resistor ubah yang tersedia yang rintangan diketahui dengan tepat, untuk berfungsi sebagai standard rujukan. Contohnya, jika kita menyambung litar jambatan untuk mengukur rintangan yang tidak diketahui R x, kita perlu mengetahui nilai-nilai sebenar tiga lagi perintang yang seimbang untuk menentukan nilai R x :

Setiap daripada empat rintangan di litar jambatan disebut sebagai lengan . Perintang dalam siri dengan rintangan yang tidak diketahui R x (ini akan menjadi R a dalam skema di atas) biasanya dipanggil rheostat jambatan, sementara dua lagi perintang dipanggil lengan nisbah jambatan.

Piawaian rintangan yang tepat dan stabil, bersyukur, tidak sukar untuk dibina. Malah, mereka adalah beberapa peranti "standard" elektrik pertama yang dibuat untuk tujuan saintifik. Berikut adalah gambar unit standard rintangan antik:

Piawaian rintangan yang ditunjukkan di sini adalah berubah-ubah dalam langkah-langkah diskret: jumlah rintangan antara terminal sambungan boleh diubah dengan bilangan dan corak plag tembaga yang dilepaskan dimasukkan ke dalam soket.

Jambatan Wheatstone dianggap sebagai alat pengukur rintangan yang unggul untuk litar meter pergerakan-perintang-perintang yang dibincangkan di bahagian terakhir. Tidak seperti litar tersebut, dengan semua tak linearnya (skala tidak linier) dan ketidaktepatan yang berkaitan, litar jambatan adalah linear (matematik menerangkan operasinya berdasarkan nisbah dan perkiraan mudah) dan agak tepat.

Memandangkan rintangan piawai ketepatan yang mencukupi dan peranti pengesan nol sensitiviti yang mencukupi, ketepatan pengukuran rintangan sekurang-kurangnya +/- 0.05% boleh dicapai dengan jambatan Wheatstone. Ia adalah kaedah pengukuran rintangan pilihan dalam makmal penentukuran kerana ketepatannya yang tinggi.

Terdapat banyak variasi litar jambatan Wheatstone asas. Kebanyakan jambatan DC digunakan untuk mengukur rintangan, manakala jambatan yang dikuasai oleh arus bolak balik (AC) boleh digunakan untuk mengukur kuantiti elektrik yang berbeza seperti induktans, kapasitans dan kekerapan.

Variasi yang menarik dari jambatan Wheatstone ialah jambatan Kelvin Double, yang digunakan untuk mengukur rintangan yang sangat rendah (biasanya kurang daripada 1/10 ohm). Rajah skematiknya adalah seperti berikut:

Resistor nilai rendah ditunjukkan oleh simbol garis tebal, dan wayar yang menyambungkannya ke sumber voltan (membawa arus tinggi) juga ditarik tebal dalam skema. Jambatan yang dikonfigurasikan secara aneh ini mungkin lebih baik difahami dengan bermula dengan jambatan Wheatstone standard yang ditubuhkan untuk mengukur rintangan yang rendah, dan berkembang secara bertahap ke dalam bentuk akhirnya dalam usaha untuk mengatasi masalah tertentu yang ditemui dalam konfigurasi Wheatstone standard.

Jika kita menggunakan jambatan Wheatstone standard untuk mengukur rintangan yang rendah, ia akan kelihatan seperti ini:

Apabila pengesan null menunjukkan voltan sifar, kita tahu bahawa jambatan seimbang dan bahawa nisbah R a / R x dan R M / R N bersamaan secara matematik antara satu sama lain. Mengetahui nilai-nilai R a, R M, dan R N oleh itu memberikan kita data yang diperlukan untuk menyelesaikan R x . . . hampir.

Kami mempunyai masalah, di mana sambungan dan wayar yang menghubungkan antara R a dan R x mempunyai rintangan juga, dan rintangan sesat ini mungkin besar berbanding dengan rintangan rendah R a dan R x . Rintangan tegar ini akan menurunkan voltan yang besar, memandangkan arus tinggi melalui mereka, dan dengan itu akan menjejaskan indikasi pengesan nol dan dengan itu keseimbangan jambatan:

Oleh kerana kita tidak mahu mengukur dawai sesat dan rintangan sambungan, tetapi hanya mengukur R x, kita mesti mencari beberapa cara untuk menyambung pengesan null supaya ia tidak akan dipengaruhi oleh voltan yang jatuh di sekelilingnya. Jika kita menyambungkan pengesan null dan senjata R M / R N secara langsung ke hujung R a dan R x, ini akan membawa kita lebih dekat kepada penyelesaian praktikal:

Kini dua titik voltan wayar teratas E tiada kesan kepada pengesan null dan tidak mempengaruhi ketepatan rintangan R x . Walau bagaimanapun, kedua-dua baki tegasan wayar E yang masih ada akan menyebabkan masalah, kerana dawai yang menghubungkan hujung bawah R a dengan hujung atas R x kini menghalang kedua-dua kejatuhan voltan itu, dan akan menjalankan semasa yang besar, memperkenalkan kejatuhan voltan sesat panjangnya juga.

Mengetahui bahawa sisi kiri pengesan null mesti menyambung ke dua hujung dekat R a dan R x untuk mengelakkan memperkenalkan voltan wayar E tersebut ke dalam gelung pengesan nol, dan bahawa sebarang dawai langsung yang menghubungkan hujung R a dan R x sendiri akan membawa arus besar dan membuat titisan voltan yang lebih liar, satu-satunya jalan keluar dari keadaan ini adalah untuk menjadikan laluan penghubung di antara hujung bawah R a dan hujung atas R x dengan ketara rintangan:

Kita boleh menguruskan penurunan voltan sesat antara R a dan R x dengan menaikkan dua perintang baru supaya nisbah mereka dari atas ke bawah adalah nisbah yang sama dengan kedua-dua tangan nisbah di sisi lain pengesan null. Inilah sebabnya mengapa perintang ini dilabel R m dan R n dalam skema jambatan Kelvin Double asli: untuk menandakan kekompadan mereka dengan R M dan R N :

Dengan nisbah R m / R n ditetapkan sama dengan nisbah R M / R N, perintang lengan rheostat R a diselaraskan sehingga pengesan null menandakan keseimbangan, dan kemudian kita boleh mengatakan bahawa R a / R x sama dengan R M / R N, atau semata-mata mencari R x dengan persamaan berikut:

Persamaan kira-kira sebenarnya jambatan Kelvin Double adalah seperti berikut ( Kawat R adalah rintangan wayar tebal, menghubungkan antara standard rintangan rendah R a dan rintangan ujian R x ):

Selagi nisbah antara R M dan R N sama dengan nisbah antara R m dan R n, persamaan keseimbangan tidak lebih kompleks daripada jambatan Wheatstone biasa, dengan R x / R sama dengan R N / R M, kerana istilah terakhir dalam persamaan akan menjadi sifar, membatalkan kesan semua rintangan kecuali R x, R a, R M, dan R N.

Dalam banyak litar jambatan Kelvin Double, R M = R m dan R N = R n . Walau bagaimanapun, semakin rendah rintangan R m dan R n, semakin sensitif pengesan nol akan, kerana terdapat rintangan kurang siri dengannya. Sensitiviti pengesan yang meningkat adalah baik, kerana ia membenarkan ketidakseimbangan yang lebih kecil untuk dikesan, dan oleh itu tahap keseimbangan jambatan yang lebih baik akan dicapai. Oleh itu, sesetengah jambatan Kelvin Double ketepatan tinggi menggunakan nilai R m dan R n serendah 1/100 daripada pasangan lengan nisbah masing-masing (R M dan R N ). Malangnya, semakin rendah nilai-nilai R m dan R n, semakin banyak arus yang akan dibawa, yang akan meningkatkan kesan sebarang rintangan persimpangan yang hadir di mana R m dan R n menyambung ke hujung R a dan R x . Seperti yang anda lihat, ketepatan instrumen yang tinggi menuntut bahawa semua faktor penghasil ralat akan diambil kira, dan sering yang terbaik yang boleh dicapai adalah berkompromi meminimumkan dua atau lebih jenis kesalahan yang berbeza.

  • ULASAN:
  • Litar jambatan bergantung pada meter voltan yang sensitif untuk membandingkan dua volt untuk kesamaan.
  • Jambatan Wheatstone boleh digunakan untuk mengukur rintangan dengan membandingkan perintang yang tidak diketahui terhadap resistor ketepatan nilai yang diketahui, sama seperti skala makmal mengukur berat tidak diketahui dengan membandingkannya dengan berat standard yang diketahui.
  • Jambatan Kelvin Double adalah sejenis jambatan Wheatstone yang digunakan untuk mengukur rintangan yang sangat rendah. Kerumitan tambahannya terhadap reka bentuk Wheatstone asas adalah perlu untuk mengelakkan kesalahan yang tidak dilakukan oleh rintangan tegar di sepanjang laluan semasa antara standard rintangan rendah dan rintangan yang diukur.