ساخت دایره‌های جریان متناوب و عملکرد دایره‌های جریان متناوب

پلی کردار نیست جز مدار الکتریکی که برای اندازه‌گیری مقادیر ناشناخته مقاومت، امپدانس، القایی و ظرفیت خازنی استفاده می‌شود. پل‌های زیادی مانند پل ویتسون، پل ماکسول، پل کلوین و بسیاری دیگر برای اندازه‌گیری دقیق مقادیر و با همان اصول کار می‌کنند. در ادامه توضیح مختصری درباره عملکرد برخی از این پل‌ها آورده شده است:

پل ویتسون

پل ویتسون یک مدار الکتریکی است که توسط چارلز ویتسون توسعه یافته و برای تعیین مقدار یک مقاومت الکتریکی ناشناخته در مدار استفاده می‌شود. پل ویتسون قادر به محاسبه مقاومت‌های با مقدار بسیار کم است که سایر دستگاه‌ها مانند مولتی‌متر دیجیتال نمی‌توانند با دقت محاسبه کنند.

مدار پل ویتسون یک ترتیب ماسی از چهار مقاومت است. دو پا موازی دارد و هر پا شامل دو مقاومت در سری است. یک پای سوم بین دو پای موازی در نقطه‌ای درون پاها متصل می‌شود، همانطور که در شکل مشخص شده است. از بین چهار مقاومت، مقدار یکی از مقاومت‌ها با تعادل دو پا قابل تعیین است. از بین چهار مقاومت، مقادیر R1 و R3 شناخته شده است، مقدار R2 قابل تنظیم است و مقدار Rx قابل محاسبه است. سپس این تنظیم به منبع الکتریکی متصل می‌شود و یک گالوانومتر بین دسته D و B قرار می‌گیرد. حالا مقدار مقاومت تنظیم‌پذیر تا زمانی تنظیم می‌شود که نسبت دو شاخه مقاومت‌ها مساوی شود یعنی (R1/ R2) = (R3/Rx) و گالوانومتر صفر می‌خواند زیرا جریان از مدار عبور نمی‌کند. حالا مدار متعادل شده و مقدار مقاومت ناشناخته را می‌توان به راحتی اندازه گرفت. خواندن R3 جهت جریان را تعیین می‌کند.

پل ماکسول

اصول کار پل ماکسول همانند پل ویتسون است. فقط تغییرات کوچکی در پل ویتسون انجام شده است. در این پل، چهار شاخه شامل القا ناشناخته (L1)، یک خازن متغیر (C4)، چهار مقاومت و یک دیتکتور به جای گالوانومتر مطابق شکل است. این پل برای اندازه‌گیری مقدار القا با مقایسه مقدار ناشناخته با ظرفیت متغیر استاندارد استفاده می‌شود.

اصول اساسی پل این است که فاز مثبت امپدانس ناشناخته با فاز منفی یک خازن با قرار دادن آن در شاخه مقابل جبران شود. با این کار، اختلاف پتانسیل روی دیتکتور صفر می‌شود و جریانی از آن عبور نمی‌کند. خازن C4 و مقاومت R4 به صورت موازی متصل شده و مقدار هر دو تنظیم می‌شود تا پل متعادل شود.

پل کلوین یک تغییر دیگر از پل ویتسون است که برای اندازه‌گیری مقاومت‌های کم در محدوده 1mΩ تا 1kΩ با دقت بالا استفاده می‌شود. برای اندازه‌گیری دقیق مقاومت‌های کم، منبع ولتاژ بالا و یک گالوانومتر حساس در پل کلوین لازم است. در زمان اندازه‌گیری مقاومت‌های کم، مقاومت سیم‌های اتصال نقش مهمی ایفا می‌کند. پل ویتسون استفاده می‌شود که دو مقاومت اضافی دارد مطابق شکل. مقاومت‌های R1 و R2 به مجموعه دوم نسبت‌پذیر متصل شده و مقاومت‌های چهار دستگاه ساخته شده است. در اینجا R ناشناخته و S مقاومت استاندارد است. یک گالوانومتر بین c و d قرار می‌گیرد تا مقاومت سیم‌های اتصال r نادیده گرفته شود و تأثیری بر مقدار اندازه‌گیری نداشته باشد. در حالت تعادل، گالوانومتر صفر می‌خواند و جریانی از مدار عبور نمی‌کند. معادله در حالت تعادل:

مدار پل هی

مدار پل هی یک تغییر دیگر از مدار پل ماکسول است. در مدار ماکسول مقاومت موازی با خازن قرار داده شده است در حالی که در مدار هی، مقاومت به صورت سری با خازن استاندارد متصل شده است مطابق شکل. این مدار بسیار مفید است اگر زاویه فازی امپدانس القایی بسیار بزرگ باشد، که می‌تواند با گرفتن یک مقاومت کم در سری غلبه شود.

مدار پل اندرسون

پل اندرسون نسخه اصلاح شده از پل القایی-خازنی ماکسول است. این پل اغلب برای اندازه‌گیری القایی خود در یک سیم پیچ با استفاده از خازن استاندارد و مقاومت‌ها استفاده می‌شود. مزیت اصلی این پل این است که نیاز به تعادل مکرر پل ندارد. برای تعادل پل با جریان ثابت، مقاومت متغیر r تنظیم می‌شود و منبع AC با باتری و گوشی تلفن جایگزین می‌شود. یک بار پل متعادل شد، پتانسیل در دسته D مشابه پتانسیل در E است. جریان در شاخه‌های مختلف با I1, I2, و I3 نشان داده شده است.

انعام