مدار پل کلوین | پل دوگانه کلوین

قبل از معرفی کلین بریج، بسیار ضروری است که نیاز به این بریج را بشناسیم، هرچند که ما ویتستون بریج را داریم که قادر به اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی با دقت (معمولاً دقت حدود 0.1 درصد) است.

برای فهمیدن نیاز به کلین بریج، ابتدا باید سه روش مهم برای طبقه‌بندی مقاومت الکتریکی را شناسایی کنیم:

1. مقاومت بالا: مقاومتی که بیشتر از 0.1 مگا-اهم است.

2. مقاومت متوسط: مقاومتی که از 1 اهم تا 0.1 مگا-اهم متغیر است.

3. مقاومت پایین: در این دسته مقادیر مقاومت کمتر از 1 اهم است.

حالا منطق انجام این طبقه‌بندی این است که اگر بخواهیم مقاومت الکتریکی را اندازه‌گیری کنیم، باید از دستگاه‌های مختلف برای دسته‌های مختلف استفاده کنیم. این بدان معناست که اگر دستگاهی برای اندازه‌گیری مقاومت بالا با دقت بالا استفاده شود، ممکن است در اندازه‌گیری مقادیر کم مقاومت همچین دقت بالایی نداشته باشد.

بنابراین، باید ذهن خود را به کار بگیریم و تشخیص دهیم که چه دستگاهی باید برای اندازه‌گیری مقدار خاصی از مقاومت الکتریکی استفاده شود. البته روش‌های دیگری نیز وجود دارد مانند روش آمپرمتر-ولتمتر، روش جایگزینی و غیره، اما آنها خطای زیادی نسبت به روش بریج دارند و در بیشتر صنایع اجتناب می‌شوند.

حالا بیایید دوباره طبقه‌بندی انجام شده را به یاد بیاوریم، همانطور که از بالا به پایین حرکت می‌کنیم، مقدار مقاومت کاهش می‌یابد، بنابراین نیاز به دستگاه دقیق‌تر و دقیق‌تر برای اندازه‌گیری مقادیر کم مقاومت داریم.

یکی از عیوب اصلی ویتستون بریج این است که اگرچه می‌تواند مقاومت را از چند اهم تا چند مگا-اهم اندازه‌گیری کند – اما وقتی مقاومت‌های کم را اندازه‌گیری می‌کند، خطاهای قابل توجهی دارد.

بنابراین، نیاز به تغییراتی در ویتستون بریج داریم، و بریج اصلاح شده بدست آمده کلین بریج است، که نه تنها برای اندازه‌گیری مقادیر کم مقاومت مناسب است بلکه کاربردهای گسترده‌ای در جهان صنعتی دارد.

بیایید چند مفهوم را بحث کنیم که برای مطالعه کلین بریج بسیار مفید خواهد بود.

بریج :
بریج‌ها معمولاً شامل چهار بازو، детکتور تعادل و منبع هستند. آنها بر اساس مفهوم تکنیک نقطه صفر کار می‌کنند. آنها در کاربردهای عملی بسیار مفید هستند زیرا نیازی به این نیست که متر را با مقیاس دقیق خطی کنیم. نیازی به اندازه‌گیری ولتاژ و جریان نیست، تنها نیاز است که حضور یا عدم حضور جریان یا ولتاژ را بررسی کنیم. با این حال، نکته اصلی این است که در نقطه صفر متر باید بتواند جریان کوچک را تشخیص دهد. یک بریج را می‌توان به عنوان تقسیم‌کننده‌های ولتاژ موازی تعریف کرد و تفاوت بین این دو تقسیم‌کننده خروجی ما است. این بسیار مفید است در اندازه‌گیری مولفه‌هایی مانند مقاومت الکتریکی، ظرفیت، الکترود و دیگر پارامترهای مدار. دقت هر بریج مستقیماً با مولفه‌های بریج مرتبط است.

نقطه صفر:
این می‌تواند به عنوان نقطه‌ای تعریف شود که در آن اندازه‌گیری صفر رخ می‌دهد زمانی که خواندن آمپرمتر یا ولتمتر صفر است.

مدار کلین بریج

همانطور که بحث کردیم کلین بریج یک ویتستون بریج اصلاح شده است و دقت بالایی به ویژه در اندازه‌گیری مقاومت کم ارائه می‌دهد. حالا سوالی که باید در ذهن ما پیش آید این است که در کدام بخش نیاز به اصلاح داریم. پاسخ به این سوال بسیار ساده است - این بخشی از سیم‌های اتصال و تماس‌هاست که باید اصلاح شود زیرا اینها باعث افزایش مقاومت کل می‌شوند.

بیایید مدار ویتستون اصلاح شده یا مدار کلین بریج زیر را در نظر بگیریم:

در اینجا t مقاومت سیم است.
C مقاومت ناشناخته است.
D مقاومت استاندارد (که مقدار آن مشخص است).
بیایید دو نقطه j و k را علامت‌گذاری کنیم. اگر گالوانومتر به نقطه j متصل شود، مقاومت t به D اضافه می‌شود که منجر به مقدار بسیار کم C می‌شود. حالا گالوانومتر را به نقطه k متصل می‌کنیم که منجر به مقدار بالایی از مقاومت ناشناخته C می‌شود.
بیایید گالوانومتر را به نقطه d که بین j و k قرار دارد متصل کنیم به طوری که d مقاومت t را به نسبت t1 و t2 تقسیم کند، حالا از تصویر بالا می‌توان دید که

در این صورت وجود t1 باعث خطایی نمی‌شود، می‌توانیم بنویسیم،

بنابراین می‌توانیم نتیجه بگیریم که وجود t (یعنی مقاومت سیم‌ها) تأثیری ندارد. عملیاً این وضعیت غیرممکن است، اما این تغییر ساده پیشنهاد می‌کند که گالوانومتر بین این نقاط j و k متصل شود تا نقطه صفر را به دست آورد.

کلین دابل بریج

چرا این بریج دابل نامیده می‌شود؟ زیرا این شامل دومین مجموعه از بازوی نسبت p و q است که به صورت زیر نشان داده شده است:

در اینجا بازوی نسبت p و q برای اتصال گالوانومتر در نقطه صحیح بین j و k برای حذف تأثیر سیم‌های اتصال مقاومت الکتریکی t استفاده می‌شوند. در شرایط تعادل، افت ولتاژ بین a و b (یعنی E) برابر با F (افت ولتاژ بین a و c) است

برای عدم تحرک گالوانومتر، E = F

دوباره به همان نتیجه می‌رسیم – t تأثیری ندارد. با این حال معادله (2) مفید است زیرا خطای زیر را نشان می‌دهد:

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.