Kelvinin siltauspiiri | Kelvinin kaksinkertainen siltaus

Ennen kuin esittelemme Kelvin-sillan, on erittäin tärkeää tietää miksi tätä siltaa tarvitaan, vaikka meillä onkin Wheatstone-silta, joka kykenee mittaamaan sähköistä vastusta tarkasti (yleensä tarkkuudella noin 0,1 %).

Todellakin ymmärtääksymme Kelvin-sillan tarpeen, meidän on ensin tunnistettava kolme tärkeää tapaa luokitella sähköinen vastus:

1. Korkea vastus: Vastus, joka on suurempi kuin 0,1 megaohm.

2. Keskivertovastus: Vastus, joka on välillä 1 ohm ja 0,1 megaohm.

3. Alhainen vastus: Tässä kategoriassa vastuksen arvo on pienempi kuin 1 ohm.

Nyt tämän luokittelun logiikka on se, että jos haluamme mitata sähköistä vastusta, meidän on käytettävä erilaisia laitteita eri kategorioille. Tämä tarkoittaa, että jos laite, jota käytetään korkean vastuksen mittaamiseen, antaa korkeaa tarkkuutta, se ei välttämättä anna samanlaista tarkkuutta alhaisen vastuksen mittaamisessa.

Joten meidän on käytettävä aivojamme päättää, millä laitteella pitäisi mitata tietty sähköisen vastuksen arvo. Kuitenkin on olemassa myös muita menetelmiä, kuten amperimetrin-voltmetrin menetelmä, sijoitusmenetelmä jne, mutta ne antavat suuren virheen verrattuna silta-menetelmiin, ja niitä vältetään useimmissa teollisuudenaloissa.

Palautetaanpa mieleen edellä tehdyt luokittelu, kun siirrymme ylhäältä alas, vastuksen arvo pienenee, joten tarvitsemme tarkempia ja tarkemmin määriteltyjä laitteita mittaamaan alhaisia vastusten arvoja.

Yksi Wheatstone-sillan tärkeimmistä haitoista on, että vaikka se voi mitata vastuksen muutamasta ohmista useisiin megaohmiin – se antaa merkittäviä virheitä mittaamalla alhaisia vastuksia.

Joten tarvitsemme jotain muutosta Wheatstone-siltaan itseensä, ja näin saatu muunnettu silta on Kelvin-silta, joka sopii hyvin mittaamaan alhaisia vastuksia ja sillä on laaja sovellusalue teollisuudessa.

Keskustellaanpa muutamasta termistä, jotka ovat meille hyvin avuliaita Kelvin-sillan tutkimisessa.

Silta :
Sillat koostuvat yleensä neljästä käsivarresta, tasapainodetektorista ja lähteestä. Ne toimivat nollapistemenetelmän perusteella. Ne ovat hyödyllisiä käytännön sovelluksissa, koska ei ole tarvetta tarkkaan lineaariseen mittariin tarkalla skaalalla. Ei ole tarvetta mitata jännitettä tai virtaa, ainoa tarve on tarkistaa virta- tai jännitteen olemassaolo tai puuttuminen. Kuitenkin keskeinen huolenaihe on, että nollapisteessä mittari on kykenevä havaitsemaan melko pieniä virtauksia. Silta voidaan määritellä jännitejakajaksi, jossa kahden jakajan erotus on meidän tuloksemme. Se on erittäin hyödyllinen komponenttien, kuten sähköinen vastus, kapasitanssi, induktiivisuus ja muiden piiriparametrien mittaamisessa. Minkä tahansa sillan tarkkuus liittyy suoraan sillan komponentteihin.

Nollapiste:
Se voidaan määritellä pisteeksi, jossa nollamittaus tapahtuu, kun ammeterin tai voltmeterin lukema on nolla.

Kelvin-sillan piiri

Kuten olemme jo maininneet, Kelvin-silta on muunnettu Wheatstone-silta, joka tarjoaa erityisen korkeaa tarkkuutta erityisesti alhaisissa vastuksissa. Nyt kysymys, joka varmasti noustaan mielessämme, on, missä meidän pitäisi tehdä muutoksia. Vastaus tähän kysymykseen on hyvin yksinkertainen – se on johtojen ja kontaktien osa, jossa on lisäystä nettoresistanssiin.

Harkitkaamme muunnettua Wheatstone-siltaa tai Kelvin-sillan piiriä alla:

Tässä, t on johtoresistanssi.
C on tuntematon vastus.
D on standardiresistanssi (jonka arvo on tiedossa).
Merkitaan kaksi pistettä j ja k. Jos galvanometri yhdistetään pisteeseen j, vastus t lisätään D:hen, mikä johtaa liian pieniin C:n arvoon. Nyt yhdistämällä galvanometri pisteeseen k, se johtaisi liian suureen tuntemattomaan vastukseen C.
Yhdistetään galvanometri pisteeseen d, joka sijaitsee pisteiden j ja k välissä siten, että d jakaa t suhteessa t1 ja t2, nyt yllä olevasta kuvasta nähdään, että

Tällöin t1:n aiheuttama virhe on nolla, voimme kirjoittaa,

Joten voimme päätellä, että t (eli johtoresistanssi) ei vaikuta. Käytännössä on mahdotonta saada tällainen tilanne, mutta yllä oleva yksinkertainen muutos ehdottaa, että galvanometri voidaan yhdistää näiden pisteiden j ja k välillä, jotta saadaan nollapiste.

Kelvin-kaksisilta

Miksi sitä kutsutaan kaksisiltaksi? Koska se sisältää toisen suhtasarmenten joukon, kuten alla osoitetaan:

Tässä suhtasarmenta p ja q käytetään galvanometrin yhdistämiseen oikeaan pisteeseen j ja k välillä poistaakseen yhteyshajojen sähköisen vastuksen t vaikutukset. Tasapainotilassa jännitetehdys pisteiden a ja b välillä (eli E) on yhtä suuri kuin F (jännitetehdys pisteiden a ja c välillä)

Nollagalvanometrin deflektiolle, E = F

Päädymme taas samaan tulokseen – t ei vaikuta. Kuitenkin yhtälö (2) on hyödyllinen, koska se antaa virheen, kun:

Lausunto: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleita on jaettava, jos on rikkonut tekijänoikeuksia pyydetään poistamaan.