Lý thuyết và nguyên lý của mạch cầu Wheatstone

Electrical4u

Trường dữ liệu: Điện Cơ Bản

China

Điều gì là mạch cầu Wheatstone

Cầu Wheatstone

Để đo chính xác bất kỳ điện trở nào, cầu Wheatstone được sử dụng rộng rãi. Có hai điện trở đã biết, một điện trở biến thiên và một điện trở không biết được kết nối theo hình cầu như dưới đây. Bằng cách điều chỉnh điện trở biến thiên, dòng điện qua Galvanometer được làm bằng không. Khi dòng điện qua galvanometer bằng không, tỷ lệ của hai điện trở đã biết chính xác bằng tỷ lệ của giá trị đã điều chỉnh của điện trở biến thiên và giá trị của điện trở không biết. Theo cách này, giá trị của điện trở không biết có thể dễ dàng được đo bằng cách sử dụng cầu Wheatstone.

Cầu Wheatstone

Lý thuyết cầu Wheatstone

Sắp xếp chung của mạch cầu Wheatstone được hiển thị trong hình dưới đây. Đây là mạch cầu bốn cánh, trong đó các cánh AB, BC, CD và AD bao gồm các điện trở P, Q, S và R tương ứng.

Trong số các điện trở này, P và Q là các điện trở cố định đã biết và hai cánh này được gọi là cánh tỷ lệ. Một Galvanometer chính xác và nhạy cảm được kết nối giữa các đầu B và D thông qua công tắc S2.
Nguồn điện áp của cầu Wheatstone này được kết nối với các đầu A và C qua công tắc S1 như được hiển thị. Một điện trở biến thiên S được kết nối giữa điểm C và D. Điện thế tại điểm D có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh giá trị của điện trở biến thiên. Giả sử dòng điện I1 và dòng điện I2 đang chảy qua các đường dẫn ABC và ADC tương ứng.

Nếu chúng ta thay đổi giá trị điện trở của cánh CD, giá trị của dòng điện I2 cũng sẽ thay đổi vì điện áp giữa A và C là cố định. Nếu tiếp tục điều chỉnh điện trở biến thiên, có thể đến một tình huống khi điện áp giảm trên điện trở S, tức là I2. S, trở nên chính xác bằng điện áp giảm trên điện trở Q, tức là I1.Q. Do đó, điện thế tại điểm B trở nên bằng điện thế tại điểm D, do đó hiệu điện thế giữa hai điểm này là không, do đó dòng điện qua galvanometer là không. Khi đó, sự lệch hướng trong galvanometer là không khi công tắc S2 được đóng.

Bây giờ, từ mạch cầu Wheatstone

và

Bây giờ, điện thế của điểm B so với điểm C không gì khác hơn là điện áp giảm trên điện trở Q và đây là

Lại nữa, điện thế của điểm D so với điểm C không gì khác hơn là điện áp giảm trên điện trở S và đây là

Kết hợp các phương trình (i) và (ii), ta có,

Ở đây, trong phương trình trên, giá trị của S và P/Q là đã biết, do đó giá trị của R có thể dễ dàng xác định.
Điện trở P và Q của cầu Wheatstone được làm với tỷ lệ nhất định như 1:1; 10:1 hoặc 100:1, được gọi là cánh tỷ lệ và S, cánh rheostat, được làm biến thiên liên tục từ 1 đến 1,000 Ω hoặc từ 1 đến 10,000 Ω.
Giải thích trên là lý thuyết cơ bản nhất về cầu Wheatstone.