"Hati sains adalah pengukuran", dan untuk pengukuran litar jembatan digunakan untuk mencari semua jenis parameter elektrik dan elektronik. Kami telah mengkaji mengenai beberapa jambatan dalam Pengukuran dan Instrumentasi Elektrik dan Elektronik. Jadual di bawah menunjukkan jambatan yang berbeza dengan kegunaannya:
S.No. | Nama Jambatan | Parameter yang akan ditentukan |
1. | Batu Gandum | mengukur rintangan yang tidak diketahui |
2. | Anderson | mengukur aruhan diri gegelung |
3. | De-sauty | mengukur nilai Kapasiti yang sangat kecil |
4. | Maxwell | mengukur aruhan yang tidak diketahui |
5. | Kelvin | digunakan untuk mengukur perintang elektrik yang tidak diketahui di bawah 1 ohm. |
6. | Wein | pengukuran kapasitansi dari segi rintangan dan kekerapan |
7. | Hay | pengukuran induktor yang tidak diketahui nilai tinggi |
Di sini, kita akan membincangkan jambatan Wheatstone yang digunakan untuk pengukuran rintangan yang tidak diketahui. Multimeter digital sekarang ini membantu dalam mengukur rintangan dengan cara yang mudah. Tetapi kelebihan jambatan Wheatstone melebihi ini adalah untuk memberikan pengukuran nilai rintangan yang sangat rendah dalam julat mili-ohm.
Jambatan batu gandum
Samuel Hunter Christie mencipta jambatan Wheatstone pada tahun 1833 dan jambatan ini diperbaiki dan dipopularkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Jambatan Wheatstone adalah penghubung empat rintangan yang membentuk jambatan. Keempat rintangan dalam litar disebut sebagai lengan jambatan. Jambatan tersebut digunakan untuk mencari nilai rintangan yang tidak diketahui yang dihubungkan dengan dua perintang yang diketahui, satu perintang berubah-ubah dan galvanometer. Untuk mencari nilai rintangan yang tidak diketahui, pesongan pada galvanometer dibuat kepada sifar dengan menyesuaikan perintang berubah-ubah. Titik ini dikenali sebagai titik keseimbangan jambatan Wheatstone.
Derivasi
Seperti yang dapat kita lihat dalam rajah, R1 dan R2 adalah perintang yang diketahui. R3 adalah perintang berubah-ubah dan Rx adalah ketahanan yang tidak diketahui. Jambatan dihubungkan dengan sumber DC (bateri).
Sekarang jika Bridge berada dalam keadaan seimbang maka arus tidak boleh mengalir melalui galvanometer dan arus yang sama I1 akan mengalir R1 dan R2 secara menyeluruh. Sama berlaku untuk R3 dan Rx, bermaksud aliran arus (I2) R3 dan Rx menyeluruh akan tetap sama. Jadi di bawah ini adalah pengiraan untuk mengetahui nilai rintangan yang tidak diketahui ketika jambatan berada dalam keadaan Seimbang (tidak ada aliran arus antara titik C dan D).
V = IR (mengikut undang-undang ohm) VR1 = I1 * R1… persamaan (1) VR2 = I1 * R2… persamaan (2) VR3 = I2 * R3… persamaan (3) VRx = I2 * Rx… persamaan (4)
Penurunan voltan merentasi R1 dan R3 adalah sama dan penurunan voltan pada R2 dan R4 juga sama dalam keadaan jambatan seimbang.
Persamaan I1 * R1 = I2 * R3… (5) persamaan I1 * R2 = I2 * Rx… (6)
Pada membahagikan persamaan (5) dan persamaan (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Oleh itu, dari sini kita mendapat nilai Rx yang merupakan rintangan kita yang tidak diketahui dan oleh itu inilah cara jambatan Wheatstone membantu dalam pengukuran rintangan yang tidak diketahui.
Operasi
Secara praktikal, rintangan berubah-ubah diselaraskan sehingga nilai arus melalui galvanometer menjadi sifar. Pada ketika itu, jambatan tersebut dipanggil sebagai jambatan Wheatstone yang seimbang. Mendapatkan arus sifar melalui galvanometer memberikan ketepatan yang tinggi, kerana perubahan kecil dalam rintangan berubah-ubah dapat mengganggu keadaan keseimbangan.
Seperti yang ditunjukkan dalam gambar, terdapat empat rintangan di jambatan R1, R2, R3 dan Rx. Di mana R1 dan R2 adalah perintang yang tidak diketahui, R3 adalah rintangan berubah-ubah dan Rx adalah rintangan yang tidak diketahui. Sekiranya nisbah perintang yang diketahui sama dengan nisbah rintangan pemboleh ubah yang disesuaikan dan rintangan yang tidak diketahui, dalam keadaan itu tidak ada arus yang akan mengalir melalui galvanometer.
Pada keadaan seimbang,
R1 / R2 = R3 / Rx
Sekarang, pada ketika ini kita mempunyai nilai R1 , R2 dan R3 sehingga mudah untuk mencari nilai Rx dari formula di atas.
Dari keadaan di atas, Rx = R2 * R3 / R1
Oleh itu, nilai rintangan yang tidak diketahui dikira melalui formula ini, memandangkan arus melalui Galvanometer adalah Zero.
Oleh itu, kita perlu menyesuaikan potensiometer sehingga titik ketika voltan pada C dan D akan sama, dalam keadaan itu arus melalui titik C dan D akan menjadi sifar dan bacaan Galvanometer akan menjadi Nol, dalam kedudukan tertentu itu Wheatstone Bridge akan dipanggil Keadaan seimbang. Operasi lengkap ini dijelaskan dalam Video Diberikan di bawah:
Contohnya
Mari kita ambil contoh untuk memahami konsep jambatan Wheatstone, kerana kita mengambil jambatan yang tidak seimbang untuk mengira nilai yang sesuai untuk Rx (rintangan tidak diketahui) untuk mengimbangkan jambatan. Seperti yang kita ketahui jika perbezaan voltan jatuh di titik C dan D adalah sifar maka jambatan berada dalam keadaan keseimbangan.
Menurut gambarajah litar, Untuk ADB lengan pertama, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Dengan meletakkan nilai dalam formula di atas, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volt
Untuk ACB lengan kedua, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volt
Jadi, perbezaan voltan antara titik C dan D adalah:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 volt
Sekiranya perbezaan penurunan voltan merentasi C dan D positif atau negatif (positif atau negatif menunjukkan arah ketidakseimbangan), ini menunjukkan bahawa jambatan tidak seimbang dan untuk membuatnya seimbang kita memerlukan nilai rintangan yang berbeza sebagai pengganti R4.
Nilai perintang R4 yang diperlukan untuk mengimbangkan litar adalah:
R4 = (R2 * R3) / R1 (keadaan jambatan keseimbangan) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Oleh itu, nilai R4 yang diperlukan untuk mengimbangkan jambatan adalah 720 Ω, kerana jika jambatan itu mengimbangkan perbezaan penurunan voltan di C dan D adalah sifar dan jika anda dapat menggunakan perintang 720 Ω, perbezaan voltan akan menjadi sifar.
Permohonan
- Terutamanya digunakan dalam mengukur nilai rintangan tidak diketahui yang sangat rendah yang mempunyai julat mili-ohm.
- Sekiranya menggunakan varistor dengan jambatan Wheatstone, kita juga dapat mengenal pasti nilai beberapa parameter seperti kapasitansi, induktansi dan impedans.
- Dengan menggunakan jambatan Wheatstone dengan penguat operasi, ia membantu dalam mengukur parameter yang berbeza seperti suhu, ketegangan, cahaya dll.