Kelvin-híd kör | Kelvin dupla híd
Mielőtt bevezetnénk a Kelvin hídot, nagyon fontos megérteni, hogy miért van szükség erre a hidra, bár már rendelkezünk a Wheatstone hiddal, amely képes pontosan (általában 0,1%-os pontossággal) mérni az elektromos ellenállást.
A Kelvin híd szükségességének megértéséhez először fel kell ismernünk az elektromos ellenállás három fontos osztályozási módját:
Magas ellenállás: Az ellenállás, ami nagyobb, mint 0,1 MΩ.
Közepes ellenállás: Az ellenállás, ami 1 Ω és 0,1 MΩ között van.
Alacsony ellenállás: Ebben az osztályban az ellenállás értéke alacsonyabb, mint 1 Ω.
Ez a kategorizálás logikája abban rejlik, hogy ha elektromos ellenállást akarunk mérni, különböző eszközöket kell használnunk különböző kategóriákhoz. Ez azt jelenti, hogy ha egy eszköz magas ellenállás mérésére ad nagy pontosságot, nem feltétlenül ad ugyanolyan nagy pontosságot alacsony ellenállás mérésére.
Tehát, el kell döntenünk, hogy milyen eszközt használjunk egy adott elektromos ellenállás értékének mérésére. Vannak más módszerek is, mint például az ampermetervoltmeterváltó módszer, a helyettesítési módszer stb., de ezek nagyobb hibat eredményeznek, mint a hídmódszer, és a legtöbb iparágban kerülnek elkerülésre.
Most ismét visszaemlékezzünk az fentebb történő osztályozásra, ahogy lefelé haladunk, az ellenállás értéke csökken, tehát pontesebb és pontosabb eszközt igényelünk az alacsony ellenállás méréséhez.
A Wheatstone híd egyik fő hátránya, hogy bár mérheti az ellenállást néhány ohm és több megaohm között – jelentős hibákat ad, amikor alacsony ellenállásokat méri.
Tehát, a Wheatstone hídnak valamilyen módosítása szükséges, és a módosított híd, amit kapunk, a Kelvin híd, amely nem csak alacsony ellenállás mérésére alkalmas, de széles körű alkalmazásai vannak az ipari világban is.
Néhány olyan terminust tárgyalunk, amelyek nagyon hasznosak lesznek a Kelvin Híd tanulmányozásában.
Híd:
A hídok általában négy karból, egyensúly-detektorból és forrásból állnak. Űk a nullpont technikán alapulnak. Nagyon hasznosak a gyakorlati alkalmazásokban, mert nincs szükség arra, hogy a mérőprecíziót lineárisan és pontos skálával adjuk meg. Nincs szükség a feszültség és áram mérése, csak annak ellenőrzése, hogy jelen van-e vagy hiányzik. A fő aggodalom az, hogy a nullponton a mérő eszköznek képesnek kell lennie a kis áramok felismerésére. Egy hídot definiálhatunk feszültségosztókkal párhuzamosan, és a két osztó közötti különbség a kimenet. Nagyon hasznos a komponensek, mint például az elektromos ellenállás, kapacitás, induktor és más áramkörparaméterek mérésében. Bármely híd pontossága közvetlenül kapcsolódik a híd komponenseihez.
Nullpont:
Ezt úgy definiáljuk, hogy a pont, ahol a nullmérés bekövetkezik, amikor az ampermetervoltmeter olvasata nulla.
Kelvin híd áramkör
Ahogyan korábban említettük, a Kelvin Híd egy módosított Wheatstone híd, amely különösen nagy pontossággal méri az alacsony ellenállásokat. Most felmerül a kérdés, hogy hol van szükség a módosításra. A válasz egyszerű – a vezetékek és a kapcsolatok részénél, mivel ezek miatt növekszik a teljes ellenállás.
Vegyük figyelembe a módosított Wheatstone hídot vagy Kelvin híd áramkört látható alább:
Itt, t a vezeték ellenállása.
C az ismeretlen ellenállás.
D a standard ellenállás (amelynek értéke ismert).
Jelöljük ki a j és k pontokat. Ha a galvanométer a j ponttal van összekötve, a D-hez t ellenállás hozzáadódik, ami túl alacsony C értéket eredményez. Most kössük a galvanométert a k ponttal, ami magasabb ismeretlen ellenállást (C) eredményez.
Kössük a galvanométert a d ponttal, ami a j és k között fekszik, és a t-et t1 és t2 részekre bontja, a fenti ábrán látható módon
Akkor is nincs hiba, mivel a t1 ellenállás nincs hatással, így írhatjuk:
Tehát, a t (azaz a vezetékek ellenállása) nincs hatással. Gyakorlatilag lehetetlen ilyen helyzet, de ez a módosítás azt javasolja, hogy a galvanométer a j és k pontok között legyen csatlakoztatva, hogy nullpontot kapjunk.
Kelvin dupla híd
Miért nevezik dupla hídnak? Mert tartalmaz egy második arányos kar csoportot, ahogy az alábbi ábra mutatja:
Ebben a p és q arányos karok használják a galvanométert a j és k pontok közötti helyes pontba való csatlakoztatásához, hogy megszüntessék a t vezetéki ellenállás hatását. Az egyensúlyi állapotban az a és b közötti feszültségcsökkenés (azaz E) egyenlő F-fel (az a és c közötti feszültségcsökkenés)
Null galvanométer deflexió esetén, E = F
Ismét ugyanazt a végeredményt kapjuk – a t nincs hatással. Azonban az (2) egyenlet hasznos, mert hibát ad, ha:
Nyilatkozat: Tiszteletben tartsuk az eredeti, jó cikkeket, amelyek megosztásra méltók, ha sérül a szerzői jog, lépjünk kapcsolatba a törlésével.
