چیست دایره مدار ویتنستون؟

چهارپایه ویتنستون چیست؟

تعریف چهارپایه ویتنستون

چهارپایه ویتنستون به طور گسترده برای اندازه‌گیری دقیق مقاومت الکتریکی استفاده می‌شود. این دستگاه شامل دو مقاومت شناخته شده، یک مقاومت متغیر و یک مقاومت ناشناخته که در یک ساختار پلی متصل شده‌اند. با تنظیم مقاومت متغیر تا زمانی که گالوانومتر جریان صفر را نشان دهد، نسبت مقاومت‌های شناخته شده با نسبت مقاومت متغیر و مقاومت ناشناخته برابر می‌شود. این امر امکان اندازه‌گیری آسان مقاومت الکتریکی ناشناخته را فراهم می‌کند.

نظریه چهارپایه ویتنستون

مدار چهارپایه ویتنستون چهار بازوی AB، BC، CD و AD را دارد که هر یک از آن‌ها مقاومت‌های P، Q، S و R را دارند. این ترتیب ساختار لازم برای اندازه‌گیری دقیق مقاومت را فراهم می‌کند.

مقاومت‌های P و Q مقاومت‌های ثابت شناخته شده هستند و به عنوان بازوی نسبت شناخته می‌شوند. یک گالوانومتر حساس از طریق کلید S2 بین نقاط B و D متصل می‌شود.

منبع ولتاژ چهارپایه ویتنستون از طریق کلید S1 به نقاط A و C متصل می‌شود. یک مقاومت متغیر S بین نقاط C و D قرار دارد. تنظیم S پتانسیل نقطه D را تغییر می‌دهد. جریان‌های I1 و I2 به ترتیب از مسیرهای ABC و ADC عبور می‌کنند.

اگر مقاومت الکتریکی بازوی CD را تغییر دهیم، مقدار جریان I2 نیز تغییر خواهد کرد زیرا ولتاژ بین A و C ثابت است. اگر مقاومت متغیر را ادامه دهیم تنظیم کنیم، وضعیتی ممکن است پیش بیاید که کاهش ولتاژ در مقاومت S یعنی I2.S دقیقاً با کاهش ولتاژ در مقاومت Q یعنی I1.Q برابر شود. بنابراین پتانسیل نقطه B با پتانسیل نقطه D برابر می‌شود و اختلاف پتانسیل بین این دو نقطه صفر است و بنابراین جریان از طریق گالوانومتر صفر است. در این صورت، وقتی کلید S2 بسته می‌شود، گالوانومتر هیچ انحرافی نخواهد داشت.

حال، از مدار چهارپایه ویتنستون و حال پتانسیل نقطه B نسبت به نقطه C همان کاهش ولتاژ در مقاومت Q است و ایندوباره پتانسیل نقطه D نسبت به نقطه C همان کاهش ولتاژ در مقاومت S است و اینبا مساوی کردن معادلات (i) و (ii) بدست می‌آوریم،

در معادله بالا، مقادیر S و P/Q شناخته شده هستند، بنابراین مقدار R به راحتی قابل تعیین است.

مقاومت‌های الکتریکی P و Q چهارپایه ویتنستون با نسبت مشخصی مانند ۱:۱؛ ۱۰:۱ یا ۱۰۰:۱ ساخته می‌شوند که به آن‌ها بازوی نسبت گفته می‌شود و S بازوی رئوس‌سنج که متغیر است، از ۱ تا ۱۰۰۰ اهم یا از ۱ تا ۱۰۰۰۰ اهم تنظیم می‌شود.

توضیحات بالا اساسی‌ترین نظریه چهارپایه ویتنستون است.