Most Kelvina | Podwójny mostek Kelvina

Zanim wprowadzimy most Kelvina, jest bardzo istotne zrozumieć, dlaczego ten most jest potrzebny, mimo że mamy most Wheatstone'a, który jest w stanie precyzyjnie mierzyć opór elektryczny (zazwyczaj z dokładnością około 0,1%).

Aby zrozumieć potrzebę mostu Kelvina, musimy najpierw rozpoznać 3 ważne sposoby klasyfikacji oporu elektrycznego:

1. Wysoki opór: Opór większy niż 0,1 megaom.

2. Średni opór: Opór w zakresie od 1 om do 0,1 megaoma.

3. Niski opór: Pod tą kategorią wartość oporu jest niższa niż 1 om.

Logika takiej klasyfikacji polega na tym, że jeśli chcemy zmierzyć opór elektryczny, musimy używać różnych urządzeń dla różnych kategorii. Oznacza to, że jeśli urządzenie używane do pomiaru wysokiego oporu zapewnia wysoką dokładność, może lub nie może zapewnić tak wysokiej dokładności przy pomiarze niskich wartości oporu.

Dlatego musimy użyć swojego rozumu, aby ocenić, jakie urządzenie powinno być użyte do pomiaru określonej wartości oporu elektrycznego. Istnieją jednak również inne metody, takie jak metoda amperometru-woltmetru, metoda podstawienia itp., ale dają one duży błąd w porównaniu do metody mostowej i są unikane w większości przemysłów.

Ponownie przypomnijmy naszą powyższą klasyfikację, ponieważ przechodząc od góry do dołu wartość oporu maleje, więc wymagamy bardziej dokładnego i precyzyjnego urządzenia do pomiaru niskich wartości oporu.

Jednym z głównych ograniczeń mostu Wheatstone'a jest to, że choć może on mierzyć opór od kilku omów do kilku megaomów – daje znaczne błędy przy pomiarze niskich oporów.

Dlatego potrzebujemy pewnej modyfikacji samego mostu Wheatstone'a, a zmodyfikowany most, który otrzymujemy, to most Kelvina, który nie tylko jest odpowiedni do pomiaru niskich wartości oporu, ale ma szeroki zakres zastosowań w świecie przemysłowym.

Przedyskutujmy kilka terminów, które będą nam bardzo pomocne w studiowaniu mostu Kelvina.

Most:
Mosty zwykle składają się z czterech ramion, detektora równowagi i źródła. Działają na zasadzie techniki punktu zerowego. Są bardzo przydatne w praktycznych zastosowaniach, ponieważ nie ma potrzeby, aby miernik był dokładnie liniowy z dokładną skalą. Nie ma potrzeby mierzenia napięcia i prądu, jedyną potrzebą jest sprawdzenie obecności lub braku prądu lub napięcia. Głównym problemem jest to, że podczas punktu zerowego miernik musi być w stanie wykryć stosunkowo mały prąd. Most można zdefiniować jako dzielniki napięcia połączone równolegle, a różnica między dwoma dzielnikami to nasz sygnał wyjściowy. Jest bardzo przydatny do pomiaru elementów, takich jak opór elektryczny, pojemność, cewka i innych parametrów obwodowych. Dokładność dowolnego mostu jest bezpośrednio związana z komponentami mostu.

Punkt zerowy:
Można go zdefiniować jako punkt, w którym występuje pomiar zerowy, gdy odczyt amperometru lub woltmetru wynosi zero.

Obwód mostkowy Kelvina

Jak już omówiliśmy, most Kelvina to zmodyfikowany most Wheatstone'a, który zapewnia wysoką dokładność, szczególnie przy pomiarze niskiego oporu. Teraz pytanie, które musi nas dręczyć, to gdzie potrzebna jest modyfikacja. Odpowiedź na to pytanie jest bardzo prosta – to część prowadnic i kontaktów, gdzie musimy dokonać modyfikacji, ponieważ one powodują wzrost całkowitego oporu.

Rozważmy zmodyfikowany most Wheatstone'a lub obwód mostkowy Kelvina przedstawiony poniżej:

Tutaj, t to opór prowadnic.
C to nieznany opór.
D to standardowy opór (którego wartość jest znana).
Oznaczmy dwa punkty j i k. Jeśli galwanometr jest podłączony do punktu j, opór t jest dodawany do D, co powoduje zbyt niską wartość C. Teraz podłączmy galwanometr do punktu k, co spowoduje zbyt wysoką wartość nieznanego oporu C.
Podłączmy teraz galwanometr do punktu d, który leży między j i k, tak że d dzieli t w stosunku t1 i t2, teraz z powyższego rysunku można zobaczyć, że

Nawet wtedy obecność t1 nie powoduje błędów, możemy zapisać,

Stąd możemy wnioskować, że nie ma wpływu t (czyli oporu prowadnic). Praktycznie taka sytuacja jest niemożliwa, ale powyższa prosta modyfikacja sugeruje, że galwanometr można podłączyć między tymi punktami j i k, aby uzyskać punkt zerowy.

Podwójny most Kelvina

Dlaczego nazywany jest podwójnym mostem? Ponieważ zawiera drugi zestaw ramieni proporcji, jak pokazano poniżej:

W tym przypadku ramiona proporcji p i q są używane do podłączenia galwanometru w odpowiednim punkcie między j i k, aby usunąć wpływ prowadnic o oporze elektrycznym t. W stanie równowagi spadek napięcia między a i b (czyli E) jest równy F (spadek napięcia między a i c)

Przy zerowym odchyleniu galwanometru, E = F

Ponownie dochodzimy do tego samego wniosku – t nie ma wpływu. Jednak równanie (2) jest przydatne, ponieważ daje błąd, gdy:

Oświadczenie: Szanuj oryginalność, dobre artykuły są warte udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich proszę o skontaktowanie się w celu usunięcia.