مدار پل کلوین | پل دوگانه کلوین
قبل از معرفی پل کلفن، بسیار ضروری است که بدانیم چرا به این پل نیاز داریم، در حالی که ما پل ویتستون را داریم که قادر به اندازهگیری مقاومت الکتریکی با دقت (معمولاً دقت حدود ۰.۱٪) است.
برای فهمیدن نیاز به پل کلفن، ابتدا باید سه روش مهم برای طبقهبندی مقاومت الکتریکی را بشناسیم:
مقاومت بالا: مقاومتی که بیشتر از ۰.۱ مگا-اهم است.
مقاومت متوسط: مقاومتی که بین ۱ اهم تا ۰.۱ مگا-اهم متغیر است.
مقاومت پایین: در این دسته مقادیر مقاومت کمتر از ۱ اهم است.
حالا منطق انجام این طبقهبندی این است که اگر میخواهیم مقاومت الکتریکی را اندازهگیری کنیم، باید برای هر دسته از دستگاههای مختلف استفاده کنیم. یعنی اگر دستگاهی که برای اندازهگیری مقاومت بالا با دقت بالا استفاده میشود، ممکن است در اندازهگیری مقاومت پایین همچین دقت بالایی نداشته باشد.
بنابراین، باید ذهن خود را استفاده کنیم تا تشخیص دهیم چه دستگاهی باید برای اندازهگیری یک مقدار خاص از مقاومت الکتریکی استفاده شود. با این حال، روشهای دیگری نیز وجود دارد مانند روش آمپرمتر-ولتمتر یا روش جایگزینی، اما آنها خطای بزرگتری نسبت به روش پل دارند و در بیشتر صنایع اجتناب میشوند.
حالا دوباره طبقهبندی ما را یادآوری کنیم، همانطور که از بالا به پایین حرکت میکنیم، مقدار مقاومت کاهش مییابد، بنابراین نیاز به دستگاه دقیقتر و دقیقتری برای اندازهگیری مقاومت پایین داریم.
یکی از مشکلات اصلی پل ویتستون این است که اگرچه میتواند مقاومتهایی از چند اهم تا چند مگا-اهم را اندازهگیری کند - اما در اندازهگیری مقاومتهای پایین خطاهای قابل توجهی ایجاد میکند.
بنابراین، نیاز به برخی تغییرات در خود پل ویتستون داریم، و پل تغییر یافته حاصل پل کلفن است، که نه تنها برای اندازهگیری مقاومتهای پایین مناسب است بلکه کاربردهای گستردهای در جهان صنعتی دارد.
بیایید چند مورد را بحث کنیم که در مطالعه پل کلفن بسیار مفید خواهد بود.
پل :
پلها 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 دقیقاً خطی با مقیاس دقیق باشد. نیازی به اندازهگیری ولتاژ و جریان نداریم، تنها نیاز است که حضور یا عدم حضور جریان یا ولتاژ را چک کنیم. با این حال، نگرانی اصلی این است که در نقطه صفر، متر باید بتواند جریان کوچک را تشخیص دهد. یک پل میتواند به عنوان تقسیمکنندههای ولتاژ موازی تعریف شود و تفاوت بین این دو تقسیمکننده خروجی ما است. این در اندازهگیری اجزایی مانند مقاومت الکتریکی، ظرفیت خازنی، الکترودوکتانس و پارامترهای دیگر مدار بسیار مفید است. دقت هر پل مستقیماً مرتبط با اجزای پل است.
نقطه صفر:
این نقطه میتواند به عنوان نقطهای تعریف شود که در آن اندازهگیری صفر اتفاق میافتد وقتی خواندن آمپرمتر یا ولتمتر صفر است.
مدار پل کلفن
مانند آنچه که بحث کردیم، پل کلفن یک پل ویتستون تغییر یافته است و دقت بالایی خصوصاً در اندازهگیری مقاومتهای پایین ارائه میدهد. حالا سوالی که باید در ذهن ما پدیدار شود این است که در کجا نیاز به تغییر داریم. پاسخ به این سوال بسیار ساده است - این بخشی از سیمها و تماسهاست که باید تغییر دهیم زیرا اینها باعث افزایش مقاومت کل میشوند.
بیایید پل ویتستون تغییر یافته یا مدار پل کلفن زیر را در نظر بگیریم:
در اینجا، t مقاومت سیم است.
C مقاومت ناشناخته است.
D مقاومت استاندارد (که مقدار آن شناخته شده 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 به گونهای متصل کنیم که d، t را به نسبت t1 و t2 تقسیم کند، حالا از تصویر فوق میتوان دید که
در این صورت نیز وجود t1 هیچ خطا ایجاد نمیکند، میتوان نوشت،
بنابراین میتوان نتیجه گرفت که وجود t (یعنی مقاومت سیمها) هیچ تأثیری ندارد. در عمل این وضعیت غیرممکن است اما این تغییر ساده پیشنهاد میکند که گالوانومتر بین این نقاط j و k متصل شود تا نقطه صفر به دست آید.
پل کلفن دوگانه
چرا آن را پل دوگانه مینامند؟ زیرا این پل شامل دومین مجموعه بازوی نسبت است که به شرح زیر نشان داده شده است:
در اینجا، بازویهای نسبت p و q برای اتصال گالوانومتر در نقطه صحیح بین j و k استفاده میشوند تا تأثیر سیمهای اتصال مقاومت الکتریکی t حذف شود. تحت شرایط تعادل، افت ولتاژ بین a و b (یعنی E) برابر با F (افت ولتاژ بین a و c) است.
برای صفر شدن خروجی گالوانومتر، E = F
دوباره به همان نتیجه میرسیم - t هیچ تأثیری ندارد. با این حال معادله (2) مفید است زیرا خطای زیر را ارائه میدهد:
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
