Circuit de pont Kelvin | Pont double Kelvin
Avant d'introduire le pont de Kelvin, il est essentiel de comprendre la nécessité de ce pont, bien que nous ayons déjà le pont de Wheatstone capable de mesurer la résistance électrique avec une précision (généralement autour de 0,1%).
Pour comprendre la nécessité du pont de Kelvin, nous devons d'abord reconnaître trois façons importantes de catégoriser la résistance électrique:
Résistance élevée: Résistance supérieure à 0,1 Mégohm.
Résistance moyenne: Résistance comprise entre 1 ohm et 0,1 Mégohm.
Résistance faible: Dans cette catégorie, la valeur de résistance est inférieure à 1 ohm.
La logique de cette classification est que si nous voulons mesurer la résistance électrique, nous devons utiliser différents appareils pour différentes catégories. Cela signifie qu'un appareil utilisé pour mesurer la haute résistance peut ne pas offrir la même précision pour mesurer des valeurs basses de résistance.
Il faut donc réfléchir à quel appareil utiliser pour mesurer une valeur particulière de résistance électrique. Il existe d'autres méthodes, comme la méthode ammètre-voltmètre ou la méthode de substitution, mais elles donnent de grandes erreurs par rapport à la méthode du pont et sont évitées dans la plupart des industries.
Revenons à notre classification ci-dessus, plus on descend, plus la valeur de la résistance diminue, donc nous avons besoin d'appareils plus précis pour mesurer les faibles valeurs de résistance.
Un des principaux inconvénients du pont de Wheatstone est qu'il donne des erreurs significatives lors de la mesure des faibles résistances, bien qu'il puisse mesurer des résistances allant de quelques ohms à plusieurs mégohms.
Il faut donc apporter des modifications au pont de Wheatstone lui-même, et le pont modifié ainsi obtenu est le pont de Kelvin, qui non seulement est adapté pour mesurer les faibles valeurs de résistance, mais a également de nombreuses applications dans le monde industriel.
Discutons de quelques termes qui seront très utiles dans l'étude du pont de Kelvin.
Pont :
Les ponts se composent généralement de quatre bras, d'un détecteur d'équilibre et d'une source. Ils fonctionnent sur le concept de la technique du point nul. Ils sont très utiles dans les applications pratiques car il n'est pas nécessaire que le compteur soit linéaire avec une échelle précise. Il n'y a pas besoin de mesurer la tension et le courant, il suffit de vérifier la présence ou l'absence de courant ou de tension. Cependant, la préoccupation principale est que pendant le point nul, le compteur doit être capable de détecter un courant assez faible. Un pont peut être défini comme des diviseurs de tension en parallèle et la différence entre les deux diviseurs est notre sortie. Il est très utile pour mesurer des composants tels que la résistance électrique, la capacité, l'inductance et d'autres paramètres de circuit. La précision de tout pont est directement liée aux composants du pont.
Point nul :
C'est le point où la mesure nulle se produit lorsque la lecture de l'ammètre ou du voltmètre est zéro.
Circuit du pont de Kelvin
Comme nous l'avons discuté, le pont de Kelvin est un pont de Wheatstone modifié et offre une grande précision, surtout dans la mesure des faibles résistances. La question qui se pose maintenant est : où avons-nous besoin de modification ? La réponse est simple : c'est la partie des fils et des contacts où nous devons apporter des modifications, car cela augmente la résistance nette.
Considérons le pont de Wheatstone modifié ou circuit du pont de Kelvin ci-dessous:
Ici, t est la résistance des fils.
C est la résistance inconnue.
D est la résistance standard (dont la valeur est connue).
Marquons deux points j et k. Si le galvanomètre est connecté au point j, la résistance t est ajoutée à D, ce qui entraîne une valeur trop basse de C. Maintenant, si nous connectons le galvanomètre au point k, cela donnerait une valeur trop élevée de la résistance inconnue C.
Connectons le galvanomètre au point d, situé entre j et k, de manière à ce que d divise t en un ratio t1 et t2. Comme on peut le voir dans la figure ci-dessus,
Alors, la présence de t1 ne cause pas d'erreur, on peut écrire,
Ainsi, on peut conclure qu'il n'y a pas d'effet de t (c'est-à-dire la résistance des fils). Pratiquement, il est impossible d'avoir une telle situation, mais cette modification simple suggère que le galvanomètre peut être connecté entre ces points j et k pour obtenir le point nul.
Pont double de Kelvin
Pourquoi l'appelle-t-on pont double ? Parce qu'il incorpore un deuxième ensemble de bras de rapport, comme indiqué ci-dessous:
Dans ce cas, les bras de rapport p et q sont utilisés pour connecter le galvanomètre au bon point entre j et k afin d'éliminer l'effet des fils de connexion de résistance électrique t. Sous condition d'équilibre, la chute de tension entre a et b (c'est-à-dire E) est égale à F (chute de tension entre a et c)
Pour une déviation nulle du galvanomètre, E = F
Nous arrivons à nouveau à la même conclusion : t n'a aucun effet. Cependant, l'équation (2) est utile car elle donne l'erreur lorsque:
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