مدار و پرینسیپ تئوری مدار پل ویتنستون

واتستون برج

برای اندازه‌گیری دقیق هر مقاومت الکتریکی، از واتستون برج به طور گسترده استفاده می‌شود. دو مقاومت شناخته شده، یک مقاومت متغیر و یک مقاومت ناشناخته در قالب یک پل به صورت زیر متصل می‌شوند. با تنظیم مقاومت متغیر، جریان از گالوانومتر به صفر می‌رسد. وقتی جریان از گالوانومتر صفر می‌شود، نسبت دو مقاومت شناخته شده دقیقاً برابر با نسبت مقدار تنظیم شده مقاومت متغیر و مقدار مقاومت ناشناخته است. به این ترتیب مقدار مقاومت الکتریکی ناشناخته می‌تواند به راحتی با استفاده از یک واتستون برج اندازه‌گیری شود.

نظریه واتستون برج

ترتیب کلی مدار واتستون برج در شکل زیر نشان داده شده است. این یک مدار پل چهار ذراعی است که ذرع‌های AB، BC، CD و AD به ترتیب شامل مقاومت‌های الکتریکی P، Q، S و R هستند.

از بین این مقاومت‌ها، P و Q مقاومت‌های ثابت شناخته شده الکتریکی هستند و این دو ذرع به عنوان ذرع‌های نسبت شناخته می‌شوند. یک گالوانومتر دقیق و حساس بین ترمینال‌های B و D از طریق یک سوئیچ S₂ متصل شده است. منبع ولتاژ این واتستون برج به ترمینال‌های A و C از طریق یک سوئیچ S₁ به صورت نشان داده شده متصل می‌شود. یک مقاومت متغیر S بین نقطه C و D متصل شده است. پتانسیل در نقطه D با تنظیم مقدار مقاومت متغیر قابل تغییر است. فرض کنید جریان I₁ و جریان I₂ به ترتیب از مسیر ABC و ADC می‌گذرند.

اگر مقاومت الکتریکی ذرع CD را تغییر دهیم، مقدار جریان I₂ نیز تغییر خواهد کرد زیرا ولتاژ بین A و C ثابت است. اگر به تنظیم مقاومت متغیر ادامه دهیم، ممکن است وضعیتی بوجود آید که کاهش ولتاژ در مقاومت S یعنی I₂.S دقیقاً برابر با کاهش ولتاژ در مقاومت Q یعنی I₁.Q شود. بنابراین پتانسیل در نقطه B برابر با پتانسیل در نقطه D می‌شود و بنابراین اختلاف پتانسیل بین این دو نقطه صفر است و جریان از گالوانومتر صفر می‌شود. بنابراین در زمانی که سوئیچ S₂ بسته شود، دگردیسی در گالوانومتر صفر است.

حالا، از مدار واتستون برج

و

حالا پتانسیل نقطه B نسبت به نقطه C همان کاهش ولتاژ در مقاومت Q است و این است

دوباره پتانسیل نقطه D نسبت به نقطه C همان کاهش ولتاژ در مقاومت S است و این است


با مساوی کردن معادلات (i) و (ii) به دست می‌آوریم،

در معادله فوق، مقدار S و P/Q شناخته شده است، بنابراین مقدار R به راحتی قابل تعیین است. مقاومت‌های الکتریکی P و Q در واتستون برج با نسبت مشخصی مانند ۱:۱؛ ۱۰:۱ یا ۱۰۰:۱ ساخته می‌شوند که به عنوان ذرع‌های نسبت شناخته می‌شوند و S که ذرع ریاستی است، به صورت مداوم متغیر از ۱ تا ۱۰۰۰ اهم یا از ۱ تا ۱۰۰۰۰ اهم است. توضیح فوق ابتدایی‌ترین نظریه واتستون برج است.

نمایش ویدئویی نظریه واتستون برج

بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاری دارند، اگر نقض حق نشر وجود دارد لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.