Κύκλωμα Kelvin | Διπλός Ποντίκιος Kelvin
Πριν παρουσιάσουμε το πόντειο Kelvin, είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε την ανάγκη γι' αυτό, παρόλο που διαθέτουμε το πόντειο Wheatstone, το οποίο είναι σε θέση να μετρά την ηλεκτρική αντίσταση με ακρίβεια (συνήθως με ακρίβεια περίπου 0,1%).
Για να κατανοήσουμε την ανάγκη του ποντίου Kelvin, πρέπει πρώτα να αναγνωρίσουμε 3 σημαντικούς τρόπους κατηγοριοποίησης της ηλεκτρικής αντίστασης:
Υψηλή Αντίσταση: Αντίσταση που είναι μεγαλύτερη από 0,1 ΜΩ.
Μεσαία Αντίσταση: Αντίσταση που είναι μεταξύ 1 Ω και 0,1 ΜΩ.
Χαμηλή Αντίσταση: Σε αυτή την κατηγορία, η τιμή της αντίστασης είναι χαμηλότερη από 1 Ω.
Η λογική αυτής της ταξινόμησης είναι ότι αν θέλουμε να μετρήσουμε την ηλεκτρική αντίσταση, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε διαφορετικά συστήματα για κάθε κατηγορία. Αυτό σημαίνει ότι αν ένα σύστημα χρησιμοποιείται για το μέτρημα υψηλής αντίστασης με υψηλή ακρίβεια, μπορεί ή δεν μπορεί να παρέχει τόσο υψηλή ακρίβεια στο μέτρημα χαμηλής αντίστασης.
Άρα, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τον ευφυή μας στοχασμό για να αποφασίσουμε ποιο σύστημα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για το μέτρημα μιας συγκεκριμένης τιμής ηλεκτρικής αντίστασης. Υπάρχουν και άλλες μεθόδοι, όπως η μέθοδος του αμπερμέτρου-βολτμέτρου, η μέθοδος της αντικατάστασης κλπ., αλλά αυτές παρέχουν μεγάλο σφάλμα σε σύγκριση με τη μέθοδο του ποντίου και αποφεύγονται σε πολλές βιομηχανίες.
Επαναλαμβάνοντας τώρα την ταξινόμηση που έκαναμε παραπάνω, καθώς προχωρούμε από την κορυφή προς τον κάτω κόμβο, η τιμή της αντίστασης μειώνεται, άρα, χρειαζόμαστε πιο ακριβή και ακριβέστερα συστήματα για το μέτρημα χαμηλής αντίστασης.
Ένα από τα μεγάλα προβλήματα του ποντίου Wheatstone είναι ότι, παρόλο που μπορεί να μετρήσει αντίσταση από λίγα Ω έως αρκετά ΜΩ – παρέχει σημαντικά σφάλματα στο μέτρημα χαμηλών αντιστάσεων.
Άρα, χρειαζόμαστε κάποια τροποποίηση στο πόντειο Wheatstone, και το τροποποιημένο πόντειο που παίρνουμε είναι το πόντειο Kelvin, το οποίο είναι κατάλληλο όχι μόνο για το μέτρημα χαμηλών τιμών αντίστασης, αλλά έχει ευρεία εφαρμογή στο βιομηχανικό κόσμο.
Ας συζητήσουμε λίγους όρους που θα είναι πολύ χρήσιμοι για τη μελέτη του ποντίου Kelvin.
Πόντειο :
Τα ποντία συνήθως αποτελούνται από τέσσερις κλάδους, δείκτης ισορροπίας και πηγή. Λειτουργούν με την έννοια της τεχνικής του σημείου μηδενικής. Είναι πολύ χρήσιμα σε πρακτικές εφαρμογές, καθώς δεν χρειάζεται να είναι ο δείκτης προσεγμένα γραμμικός με ακριβή κλίμακα. Δεν χρειάζεται να μετράτε την τάση και την ροή, η μόνη ανάγκη είναι να ελέγξετε την παρουσία ή απουσία ροής ή τάσης. Ωστόσο, το βασικό πρόβλημα είναι ότι κατά την ισορροπία, ο δείκτης πρέπει να είναι σε θέση να ανιχνεύσει αρκετά μικρή ροή. Ένα πόντειο μπορεί να οριστεί ως διαιρέτης τάσης σε παράλληλη και η διαφορά μεταξύ των δύο διαιρετών είναι η εξόδος μας. Είναι εξαιρετικά χρήσιμο στο μέτρημα συστατικών όπως ηλεκτρική αντίσταση, ικανότητα, συμπλεκτικό και άλλων παραμέτρων κύκλων. Η ακρίβεια οποιουδήποτε ποντίου είναι άμεσα συνδεδεμένη με τα συστατικά του ποντίου.
Σημείο μηδενικής:
Μπορεί να οριστεί ως το σημείο στο οποίο συμβαίνει το μηδενικό μέτρημα, όταν η ανάγνωση του αμπερμέτρου ή του βολτμέτρου είναι μηδέν.
Κύκλωμα ποντίου Kelvin
Όπως έχουμε συζητήσει, το πόντειο Kelvin είναι ένα τροποποιημένο πόντειο Wheatstone και παρέχει υψηλή ακρίβεια, ειδικά στο μέτρημα χαμηλών αντιστάσεων. Τώρα, η ερώτηση που πρέπει να θέσουμε είναι: πού χρειάζεται η τροποποίηση. Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση είναι πολύ απλή – είναι το τμήμα των ηγεμόνων και επαφών, όπου πρέπει να κάνουμε τροποποίηση, λόγω των οποίων υπάρχει αύξηση στην συνολική αντίσταση.
Ας θεωρήσουμε το τροποποιημένο πόντειο Wheatstone ή το κύκλωμα ποντίου Kelvin που δίνεται παρακάτω:
Εδώ, t είναι η αντίσταση του ηγεμόνα.
C είναι η άγνωστη αντίσταση.
D είναι η πρότυπη αντίσταση (της οποίας η τιμή είναι γνωστή).
Ας σημειώσουμε τα δύο σημεία j και k. Αν το γαλβανόμετρο συνδέσει με το σημείο j, η αντίσταση t προστίθεται στη D, το οποίο αποτελεί σε πολύ χαμηλή τιμή της C. Τώρα, αν συνδέσουμε το γαλβανόμετρο με το σημείο k, θα αποτελέσει μια υψηλή τιμή της άγνωστης αντίστασης C.
Ας συνδέσουμε το γαλβανόμετρο στο σημείο d, το οποίο βρίσκεται μεταξύ j και k, ώστε το d να διαιρεί το t σε λόγο t1 και t2, τώρα από το παραπάνω σχήμα μπορεί να φανεί ότι
Τότε, η παρουσία του t1 δεν προκαλεί σφάλμα, μπορούμε να γράψουμε,
Άρα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι δεν υπάρχει επίδραση του t (δηλαδή, η αντίσταση των ηγεμόνων). Πρακτικά, είναι αδύνατο να έχουμε τέτοια κατάσταση, αλλά η απλή τροποποίηση προτείνει ότι το γαλβανόμετρο μπορεί να συνδέσει μεταξύ αυτών των σημείων j και k για να πάρει το σημείο μηδενικής.
Διπλό πόντειο Kelvin
