केल्विन ब्रिज सर्किट | केल्विन डबल ब्रिज
जानने से पहले कि केल्विन ब्रिज क्या है, इस ब्रिज की आवश्यकता क्यों है, यह जानना बहुत जरूरी है, हालांकि हमारे पास व्हीटस्टोन ब्रिज है जो विद्युत प्रतिरोध को सटीकता से मापने में सक्षम है (आमतौर पर 0.1% की सटीकता)।
केल्विन ब्रिज की आवश्यकता को समझने के लिए हमें पहले तीन महत्वपूर्ण तरीकों को पहचानना होगा जिनसे विद्युत प्रतिरोध को वर्गीकृत किया जा सकता है:
उच्च प्रतिरोध: 0.1 मेगा-ओह्म से अधिक प्रतिरोध।
मध्यम प्रतिरोध: 1 ओह्म से 0.1 मेगा-ओह्म तक का प्रतिरोध।
कम प्रतिरोध: इस श्रेणी के तहत प्रतिरोध मान 1 ओह्म से कम होता है।
अब इस वर्गीकरण करने का तर्क यह है कि अगर हम विद्युत प्रतिरोध को मापना चाहते हैं, तो हमें अलग-अलग श्रेणियों के लिए अलग-अलग उपकरणों का उपयोग करना होगा। यह इसका मतलब है कि अगर कोई उपकरण उच्च प्रतिरोध को मापने में उच्च सटीकता देता है, तो यह कम मान के प्रतिरोध को मापने में ऐसी ही उच्च सटीकता देने में सक्षम नहीं हो सकता।
इसलिए, हमें अपने दिमाग का इस्तेमाल करके फैसला करना होगा कि किस उपकरण का उपयोग किस विशिष्ट मान के विद्युत प्रतिरोध को मापने के लिए किया जाना चाहिए। हालांकि, अमीटर-वोल्टमीटर विधि, प्रतिस्थापन विधि जैसी अन्य तरीके भी हैं, लेकिन ये ब्रिज विधि की तुलना में बड़ी त्रुटि देते हैं और अधिकांश उद्योगों में इन्हें बचा लिया जाता है।
अब हम फिर से ऊपर किए गए वर्गीकरण को याद करें, जैसे-जैसे हम ऊपर से नीचे जाते हैं, प्रतिरोध का मान घटता जाता है, इसलिए, हमें कम मान के प्रतिरोध को मापने के लिए अधिक सटीक और परिष्कृत उपकरण की आवश्यकता होती है।
व्हीटस्टोन ब्रिज का एक प्रमुख दोष यह है कि यद्यपि यह कुछ ओह्म से लेकर कई मेगा-ओह्म तक का प्रतिरोध माप सकता है - यह कम प्रतिरोधों को मापते समय महत्वपूर्ण त्रुटियाँ देता है।
इसलिए, हमें व्हीटस्टोन ब्रिज में कुछ संशोधन की आवश्यकता है, और इस प्रकार प्राप्त संशोधित ब्रिज केल्विन ब्रिज है, जो केवल कम मान के प्रतिरोध को मापने के लिए उपयुक्त है, बल्कि औद्योगिक दुनिया में इसका व्यापक उपयोग होता है।
केल्विन ब्रिज का अध्ययन करने में हमें मददगार कुछ शब्दों पर चर्चा करें।
ब्रिज :
ब्रिज आमतौर पर चार भुजाओं, संतुलन डिटेक्टर और स्रोत से बना होता है। ये शून्य बिंदु तकनीक पर काम करते हैं। वे व्यावहारिक अनुप्रयोगों में बहुत उपयोगी होते हैं क्योंकि मीटर को एक सटीक स्केल के साथ रैखिक बनाने की आवश्यकता नहीं होती। वोल्टेज और धारा को मापने की कोई आवश्यकता नहीं होती, बस धारा या वोल्टेज की उपस्थिति या अनुपस्थिति की जांच की जाती है। हालांकि, मुख्य समस्या यह है कि शून्य बिंदु पर मीटर को बहुत छोटी धारा को उठाना चाहिए। एक ब्रिज को दो समानांतर वोल्टेज विभाजकों के रूप में परिभाषित किया जा सकता है और दो विभाजकों के बीच का अंतर हमारा आउटपुट है। यह विद्युत प्रतिरोध, क्षमता, संधारित्र, इंडक्टर और अन्य सर्किट पैरामीटर्स जैसे घटकों को मापने में उपयोगी होता है। किसी भी ब्रिज की सटीकता ब्रिज के घटकों से सीधे संबंधित है।
शून्य बिंदु:
यह उस बिंदु को परिभाषित किया जा सकता है जहां शून्य माप तब होता है जब एमीटर या वोल्टमीटर का पाठ्यांक शून्य होता है।
केल्विन ब्रिज सर्किट
जैसा कि हमने चर्चा की है, केल्विन ब्रिज एक संशोधित व्हीटस्टोन ब्रिज है और विशेष रूप से कम प्रतिरोध के मापन में उच्च सटीकता प्रदान करता है। अब हमारे मन में यह प्रश्न उठ सकता है कि हमें कहां संशोधन की आवश्यकता है। इस प्रश्न का जवाब बहुत सरल है - यह लीड और संपर्कों के हिस्से हैं जहां हमें संशोधन करना चाहिए क्योंकि इनके कारण नेट प्रतिरोध में वृद्धि होती है।
नीचे दिए गए संशोधित व्हीटस्टोन ब्रिज या केल्विन ब्रिज सर्किट पर विचार करें:
यहाँ, t लीड का प्रतिरोध है।
C अज्ञात प्रतिरोध है।
D एक मानक प्रतिरोध है (जिसका मान ज्ञात है)।
हम दो बिंदुओं j और k को चिह्नित करते हैं। यदि गैल्वेनोमीटर को j बिंदु से जोड़ा जाता है, तो D में t का प्रतिरोध जोड़ा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप C का बहुत कम मान प्राप्त होता है। अब हम गैल्वेनोमीटर को k बिंदु से जोड़ते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अज्ञात प्रतिरोध C का उच्च मान प्राप्त होता है।
हम गैल्वेनोमीटर को d बिंदु से जोड़ते हैं, जो j और k के बीच स्थित है ताकि d, t को t1 और t2 के अनुपात में विभाजित करे, अब उपरोक्त आकृति से यह देखा जा सकता है कि
फिर भी t1 की उपस्थिति कोई त्रुटि नहीं देती, हम लिख सकते हैं,
इस प्रकार हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि t (यानी लीड का प्रतिरोध) का कोई प्रभाव नहीं है। व्यावहारिक रूप से ऐसी स्थिति को प्राप्त करना असंभव है, हालांकि उपरोक्त सरल संशोधन सुझाव देता है कि गैल्वेनोमीटर को इन बिंदुओं j और k के बीच जोड़ा जा सकता है ताकि शून्य बिंदु प्राप्त किया जा सके।
केल्विन डबल ब्रिज
इसे डबल ब्रिज क्यों कहा जाता है? इसका कारण यह है कि इसमें निम्नलिखित दूसरे सेट का अनुपात भुजाएँ शामिल हैं:
इसमें अनुपात भुजाएँ p और q गैल्वेनोमीटर को j और k के बीच सही बिंदु पर जोड़ने के लिए इस्तेमाल की जाती हैं ताकि लीड के प्रतिरोध t का प्रभाव हटा दिया जा सके। संतुलन स्थिति में a और b (यानी E) के बीच का वोल्टेज ड्रॉप a और c के बीच के वोल्टेज ड्रॉप (F) के बराबर होता है
शून्य गैल्वेनोमीटर डिफ्लेक्शन के लिए, E = F
फिर से हम उसी परिणाम पर पहुंचते हैं - t का कोई प्रभाव नहीं है। हालांकि समीकरण (2) उपयोगी है क्योंकि यह त्रुटि देता है जब:
