켈빈 브리지 회로 | 켈빈 이중 브리지
우리가 켈빈 다리를 소개하기 전에 이 다리의 필요성을 알아야 합니다. 이미 정확도가 약 0.1%인 전기 저항을 측정할 수 있는 위트스톤 다리가 있기 때문입니다.
켈빈 다리의 필요성을 이해하려면 먼저 3가지 중요한 방법으로 전기 저항을 분류해야 합니다:
고저항: 0.1 메가옴 이상의 저항.
중저항: 1 옴부터 0.1 메가옴 사이의 저항.
저저항: 이 범주에서는 저항 값이 1 옴 미만입니다.
이러한 분류의 논리는 우리가 전기 저항을 측정하려면 다른 범주에 대해 다른 장치를 사용해야 한다는 것입니다. 즉, 고저항을 정확하게 측정하는 장치가 저저항을 측정할 때 같은 정확도를 제공하지 않을 수 있다는 것입니다.
따라서 우리는 어떤 장치를 사용하여 특정 값을 측정해야 하는지를 판단해야 합니다. 그러나 아미터-볼트미터 방법, 대체 방법 등과 같은 다른 방법들도 있지만, 다리 방법에 비해 오류가 크므로 대부분의 산업에서는 피합니다.
다시 위에서 한 분류를 떠올려보면, 상단에서 하단으로 갈수록 저항 값이 감소하므로, 저저항을 측정하기 위해서는 더 정확하고 정밀한 장치가 필요합니다.
위트스톤 다리의 주요 단점 중 하나는 몇 옴에서 수백 메가옴까지의 저항을 측정할 수 있지만, 저저항을 측정할 때 유의미한 오류를 발생한다는 것입니다.
따라서 위트스톤 다리를 수정해야 하며, 이렇게 얻은 수정된 다리가 켈빈 다리입니다. 이 다리는 저저항을 측정하는 데 적합할 뿐만 아니라 산업계에서 넓은 범위의 응용 분야를 가지고 있습니다.
켈빈 다리를 연구하는 데 매우 도움이 되는 몇 가지 용어를 살펴보겠습니다.
다리 :
다리는 일반적으로 4개의 팔, 균형 탐지기 및 소스로 구성됩니다. 널 포인트 기법의 원리로 작동합니다. 미터가 정확한 스케일로 선형적이어야 할 필요가 없으므로 실제 응용 분야에서 매우 유용합니다. 전압과 전류를 측정할 필요가 없습니다. 전류나 전압의 존재 또는 부재만 확인하면 됩니다. 그러나 널 포인트에서 미터가 상당히 작은 전류를 감지할 수 있어야 한다는 점이 주요 고려 사항입니다. 다리는 병렬로 연결된 전압 분배기이며 두 분배기 사이의 차이가 출력입니다. 이는 전기 저항, 전기 용량, 인덕터 및 기타 회로 매개변수를 측정하는 데 매우 유용합니다. 모든 다리의 정확도는 다리 구성 요소와 직접 관련되어 있습니다.
널 포인트:
아미터 또는 볼트미터의 읽수가 0일 때 발생하는 널 측정 포인트로 정의할 수 있습니다.
켈빈 다리 회로
켈빈 다리는 수정된 위트스톤 다리로서 특히 저저항 측정에서 높은 정확도를 제공합니다. 이제 우리의 마음속에서 수정이 필요한 부분이 어디인지 질문이 생길 것입니다. 이 질문에 대한 답변은 매우 간단합니다. 리드와 접촉부분에서 수정이 필요하며, 이를 통해 전체 저항이 증가하기 때문입니다.
다음과 같이 수정된 위트스톤 다리 또는 켈빈 다리 회로를 고려해 보겠습니다:
여기서 t는 리드의 저항입니다.
C는 알려지지 않은 저항입니다.
D는 알려진 표준 저항입니다.
j와 k 두 점을 표시해봅시다. 만약 갈바노미터가 j 점에 연결되면 D에 t가 추가되어 C의 값이 너무 낮게 됩니다. 이제 갈바노미터를 k 점에 연결하면 C의 값이 높아집니다.
d 점을 j와 k 사이에 연결하여 t를 t1과 t2의 비율로 나누면 위 그림에서 볼 수 있듯이
그럼에도 불구하고 t1의 존재는 오류를 일으키지 않으므로 다음과 같이 쓸 수 있습니다:
따라서 t(즉, 리드의 저항)의 영향이 없다는 결론을 내릴 수 있습니다. 실제로 이러한 상황은 불가능하지만, 위의 간단한 수정은 갈바노미터를 j와 k 사이의 점에 연결하여 널 포인트를 얻을 수 있음을 제안합니다.
켈빈 더블 다리
왜 이 다리를 더블 다리라고 부르는가? 그것은 아래에 표시된 두 번째 세트의 비율 팔을 포함하기 때문입니다:
이 경우 p와 q 비율 팔을 사용하여 갈바노미터를 j와 k 사이의 올바른 점에 연결하여 전기 저항 t의 영향을 제거합니다. 균형 상태에서 a와 b 사이의 전압 강하(즉, E)는 a와 c 사이의 전압 강하(F)와 같습니다
갈바노미터 편차가 0일 때, E = F
다시 한번 t의 영향이 없다는 결론에 도달합니다. 그러나 (2)식은 다음과 같은 경우 오류를 제공합니다:
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