“Vitenskapens hjerte er måling”, og til måling brukes brokretsene for å finne alle slags elektriske og elektroniske parametere. Vi har studert om flere broer innen måling og instrumentering av elektro og elektronikk. Tabellen nedenfor viser forskjellige broer med deres bruk:
| S.No. | Navnet på broen | Parameter som skal bestemmes |
| 1. | Wheatstone | måle en ukjent motstand |
| 2. | Anderson | måle selvinduktansen til spolen |
| 3. | De-sauty | måler veldig liten verdi av kapasitet |
| 4. | Maxwell | måle en ukjent induktans |
| 5. | Kelvin | brukes til å måle ukjente elektriske motstander under 1 ohm. |
| 6. | Wein | måling av kapasitans når det gjelder motstand og frekvens |
| 7. | Høy | måling av ukjent induktor av høy verdi |
Her skal vi snakke om Wheatstone bridge som brukes til måling av ukjent motstand. Nå-om-dagen digital multimeter hjelper deg med å måle motstanden på en enkel måte. Men fordelen med Wheatstone bridge over dette er å gi måling av svært lave motstandsverdier i området mellom ohm.
Wheatstone bridge
Samuel Hunter Christie oppfant Wheatstone-broen i 1833, og denne broen ble forbedret og popularisert av Sir Charles Wheatstone i 1843. Wheatstone-broen er sammenkoblingen av fire motstander som danner en bro. De fire motstandene i kretsen blir referert til som armene på broen. Broen brukes til å finne verdien av en ukjent motstand forbundet med to kjente motstander, en variabel motstand og et galvanometer. For å finne verdien av ukjent motstand ble avbøyningen på galvanometer gjort til null ved å justere den variable motstanden. Dette punktet er kjent som balansepunkt for Wheatstone bridge.
Derivasjon
Som vi kan se på figuren, er R1 og R2 kjent motstand. R3 er variabel motstand og Rx er ukjent motstand. Broen er koblet til likestrømskilden (batteri).
Nå hvis Bridge er i balansert tilstand, bør det ikke strømme gjennom galvanometer, og den samme strømmen I1 vil strømme grundig R1 og R2. Det samme gjelder for R3 og Rx, betyr at strømmen (I2) grundig R3 og Rx vil forbli den samme. Så nedenfor er beregningene for å finne ut ukjent motstandsverdi når broen er i balansert tilstand (ingen strømstrøm mellom punkt C og D).
V = IR (ved ohms lov) VR1 = I1 * R1… ligning (1) VR2 = I1 * R2… ligning (2) VR3 = I2 * R3… ligning (3) VRx = I2 * Rx… ligning (4)
Spenningsfallet over R1 og R3 er det samme, og spenningsfallet ved R2 og R4 er også det samme i balansert brotilstand.
I1 * R1 = I2 * R3… ligning (5) I1 * R2 = I2 * Rx… ligning (6)
På delingsligning (5) og ligning (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Så herfra får vi verdien av Rx, som er vår ukjente motstand, og derfor hjelper Wheatstone-broen til å måle en ukjent motstand.
Operasjon
Praktisk talt justeres den variable motstanden til verdien av strøm gjennom galvanometeret blir null. På det tidspunktet kalles broen som balansert Wheatstone-bro. Å få null strøm gjennom galvanometer gir høy nøyaktighet, ettersom en mindre endring i variabel motstand kan forstyrre balansetilstanden.
Som vist i figuren er det fire motstander i broen R1, R2, R3 og Rx. Der R1 og R2 er den ukjente motstanden, er R3 den variable motstanden og Rx er den ukjente motstanden. Hvis forholdet mellom kjente motstander er lik forholdet mellom justert variabel motstand og ukjent motstand, vil ingen strøm strømme gjennom galvanometeret i den tilstanden.
I balansert tilstand,
R1 / R2 = R3 / Rx
Nå har vi nå verdien R1 , R2 og R3, så det er lett å finne verdien av Rx fra formelen ovenfor.
Fra ovennevnte tilstand, Rx = R2 * R3 / R1
Derfor beregnes verdien av ukjent motstand gjennom denne formelen, gitt at strøm gjennom Galvanometer er null.
Så vi må justere potensiometeret til punktet når spenningen ved C og D vil være lik, i den tilstanden vil strømmen gjennom punkt C og D være null og galvanometeravlesningen vil være null, i den spesielle posisjonen blir Wheatstone Bridge kalt inn Balansert tilstand. Denne komplette operasjonen er forklart i videoen nedenfor:
Eksempel
La oss ta et eksempel for å forstå konseptet Wheatstone bridge, da vi tar en ubalansert bro for å beregne den passende verdien for Rx (ukjent motstand) for å balansere broen. Som vi vet om forskjellen i spenningsfall over punkt C og D er null, er broen i balanse.
I følge kretsskjemaet, For første arm ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Når du setter verdiene i formelen ovenfor, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volt
For den andre armen ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volt
Så spenningsforskjellen mellom punkt C og D er:
Vout = Vc - Vd = 8-3 = 5 volt
Hvis forskjellen i spenningsfall over C og D er positiv eller negativ (positiv eller negativ viser retning av ubalanse), viser det at broen er ubalansert, og for å balansere trenger vi en annen motstandsverdi som erstatning for R4.
Verdien av motstanden R4 som kreves for å balansere kretsen er:
R4 = (R2 * R3) / R1 (tilstand av balansebro) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Derfor er verdien av R4 som kreves for å balansere broen 720 Ω, for hvis broen er i balanse, er differansen på spenningsfallet over C og D null, og hvis du kan bruke en motstand på 720 Ω, blir spenningsforskjellen null.
applikasjoner
- Brukes hovedsakelig til måling av svært lav verdi av ukjent motstand med intervall på milli-ohm.
- Hvis du bruker en varistor med Wheatstone bridge, kan vi også identifisere verdien av noen parametere som kapasitans, induktans og impedans.
- Ved å bruke Wheatstone bridge med operasjonsforsterker hjelper det med å måle forskjellige parametere som temperatur, belastning, lys etc.