Circuito de Ponte Kelvin | Ponte Dupla Kelvin
Antes de introduzir a Ponte de Kelvin, é muito importante saber qual a necessidade desta ponte, embora tenhamos a ponte de Wheatstone, que é capaz de medir resistência elétrica com precisão (geralmente uma precisão de cerca de 0,1%).
Para entender a necessidade da ponte de Kelvin, devemos primeiro reconhecer 3 maneiras importantes de categorizar a resistência elétrica:
Resistência Alta: Resistência maior que 0,1 mega-ohm.
Resistência Média: Resistência que varia de 1 ohm a 0,1 mega-ohm.
Resistência Baixa: Nesta categoria, o valor da resistência é inferior a 1 ohm.
A lógica por trás dessa classificação é que, se quisermos medir a resistência elétrica, temos que usar dispositivos diferentes para cada categoria. Isso significa que, se o dispositivo usado para medir a resistência alta fornece alta precisão, pode ou não fornecer tal alta precisão na medição de valores baixos de resistência.
Portanto, temos que usar nosso julgamento para determinar qual dispositivo deve ser usado para medir um valor específico de resistência elétrica. No entanto, existem outros métodos, como o método amperímetro-voltímetro, método de substituição, etc., mas eles apresentam grandes erros em comparação com o método de ponte e são evitados na maioria das indústrias.
Vamos novamente lembrar nossa classificação feita acima, à medida que nos movemos do topo para a base, o valor da resistência diminui, portanto, precisamos de um dispositivo mais preciso e exato para medir valores baixos de resistência.
Uma das principais desvantagens da ponte de Wheatstone é que, embora possa medir a resistência de poucos ohms a vários mega-ohms – ela apresenta erros significativos ao medir resistências baixas.
Portanto, precisamos de alguma modificação na própria ponte de Wheatstone, e a ponte modificada obtida é a ponte de Kelvin, que não só é adequada para medir valores baixos de resistência, mas também tem ampla gama de aplicações no mundo industrial.
Vamos discutir alguns termos que serão muito úteis para nós no estudo da Ponte de Kelvin.
Ponte:
As pontes geralmente consistem em quatro braços, detector de equilíbrio e fonte. Elas funcionam com o conceito de técnica de ponto nulo. São muito úteis em aplicações práticas, pois não há necessidade de tornar o medidor linearmente preciso com uma escala precisa. Não há necessidade de medir a tensão e a corrente, a única necessidade é verificar a presença ou ausência de corrente ou tensão. No entanto, a principal preocupação é que, durante o ponto nulo, o medidor deve ser capaz de captar uma corrente bastante pequena. Uma ponte pode ser definida como divisores de tensão em paralelo, e a diferença entre os dois divisores é nossa saída. É altamente útil na medição de componentes como resistência elétrica, capacitância, indutor e outros parâmetros de circuito. A precisão de qualquer ponte está diretamente relacionada aos componentes da ponte.
Ponto Nulo:
Pode ser definido como o ponto em que ocorre a medição nula quando a leitura do amperímetro ou voltímetro é zero.
Circuito da Ponte de Kelvin
Como discutimos, a Ponte de Kelvin é uma ponte de Wheatstone modificada e fornece alta precisão, especialmente na medição de baixas resistências. Agora, a pergunta que deve surgir em nossa mente é onde precisamos da modificação. A resposta a essa pergunta é muito simples – é a parte dos cabos e contatos onde devemos fazer a modificação, pois, devido a esses, há um incremento na resistência líquida.
Consideremos a ponte de Wheatstone modificada ou circuito da ponte de Kelvin abaixo:
Aqui, t é a resistência do cabo.
C é a resistência desconhecida.
D é a resistência padrão (cujo valor é conhecido).
Vamos marcar os dois pontos j e k. Se o galvanômetro estiver conectado ao ponto j, a resistência t é adicionada a D, resultando em um valor muito baixo de C. Agora, conectamos o galvanômetro ao ponto k, o que resultaria em um valor alto da resistência desconhecida C.
Vamos conectar o galvanômetro ao ponto d, que está entre j e k, de modo que d divida t na razão t1 e t2, agora, a partir da figura acima, pode-se ver que
Também a presença de t1 não causa erro, podemos escrever,
Assim, podemos concluir que não há efeito de t (ou seja, a resistência dos cabos). Na prática, é impossível ter tal situação, no entanto, a modificação simples acima sugere que o galvanômetro pode ser conectado entre esses pontos j e k para obter o ponto nulo.
Ponte Dupla de Kelvin
Por que é chamada de ponte dupla? É porque incorpora o segundo conjunto de braços de razão, conforme mostrado abaixo:
Neste, os braços de razão p e q são usados para conectar o galvanômetro no ponto correto entre j e k para eliminar o efeito do cabo de resistência elétrica t. Sob condições de equilíbrio, a queda de tensão entre a e b (ou seja, E) é igual a F (queda de tensão entre a e c)
Para deflexão zero do galvanômetro, E = F
Novamente, chegamos ao mesmo resultado – t não tem efeito. No entanto, a equação (2) é útil, pois fornece erro quando:
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