”Vetenskapens hjärta är mätning”, och för mätningen används bryggkretsarna för att hitta alla typer av elektriska och elektroniska parametrar. Vi har studerat flera broar inom mätning och instrumentering av elektricitet och elektronik. Tabellen nedan visar olika broar med deras användningsområden:
| S.No. | Bridge's namn | Parameter som ska bestämmas |
| 1. | Wheatstone | mäta ett okänt motstånd |
| 2. | Anderson | mäta spolens självinduktans |
| 3. | De-sauty | mäter mycket litet värde på kapacitans |
| 4. | Maxwell | mäta en okänd induktans |
| 5. | Kelvin | används för att mäta okända elektriska motstånd under 1 ohm. |
| 6. | Wein | mätning av kapacitans när det gäller motstånd och frekvens |
| 7. | Hö | mätning av okänd induktor med högt värde |
Här ska vi prata om Wheatstone bridge som används för att mäta okänt motstånd. Nu-om-dagen digital multimeter hjälper till att mäta motståndet på ett enkelt sätt. Men fördelen med Wheatstone bridge över detta är att ge mätning av mycket låga värden för motstånd i intervallet milliohm.
Wheatstone bridge
Samuel Hunter Christie uppfann Wheatstone-bron 1833 och denna bro förbättrades och populariserades av Sir Charles Wheatstone 1843. Wheatstone-bron är sammankopplingen av fyra motstånd som bildar en bro. De fyra motstånden i kretsen kallas broar. Bron används för att hitta värdet av ett okänt motstånd kopplat till två kända motstånd, ett variabelt motstånd och en galvanometer. För att hitta värdet av okänt motstånd gjorde avböjningen på galvanometern till noll genom att justera det variabla motståndet. Denna punkt är känd som balanspunkt för Wheatstone bridge.
Härledning
Som vi kan se i figur är R1 och R2 kända motstånd. R3 är variabelt motstånd och Rx är okänt motstånd. Bryggan är ansluten till likströmskällan (batteriet).
Om Bridge nu är i balanserat skick bör det inte finnas någon ström som strömmar genom galvanometern och samma ström I1 kommer att strömma noggrant R1 och R2. Samma sak gäller för R3 och Rx, betyder att strömflödet (I2) grundligt R3 och Rx förblir desamma. Så nedan är beräkningarna för att ta reda på okänt motståndsvärde när bryggan är i balanserat tillstånd (inget strömflöde mellan punkt C och D).
V = IR (enligt ohms lag) VR1 = I1 * R1… ekvation (1) VR2 = I1 * R2… ekvation (2) VR3 = I2 * R3… ekvation (3) VRx = I2 * Rx… ekvation (4)
Spänningsfallet över R1 och R3 är samma och spänningsfallet vid R2 och R4 är också detsamma i balanserat bryggförhållande.
I1 * R1 = I2 * R3… ekvation (5) I1 * R2 = I2 * Rx… ekvation (6)
På delningsekvation (5) och ekvation (6)
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Härifrån får vi värdet av Rx som är vårt okända motstånd och därför hjälper Wheatstone bridge till att mäta ett okänt motstånd.
Drift
I praktiken justeras det variabla motståndet tills strömvärdet genom galvanometern blir noll. Vid den tiden kallas bron som balanserad Wheatstone-bro. Att få noll ström genom galvanometer ger hög noggrannhet, eftersom en mindre förändring i variabelt motstånd kan störa balansförhållandena.
Som visas i figuren finns det fyra motstånd i bryggan R1, R2, R3 och Rx. Där R1 och R2 är det okända motståndet är R3 det variabla motståndet och Rx är det okända motståndet. Om förhållandet mellan kända motstånd är lika med förhållandet mellan justerat variabelt motstånd och okänt motstånd, kommer i detta tillstånd ingen ström att strömma genom galvanometern.
I balanserat tillstånd,
R1 / R2 = R3 / Rx
Nu har vi nu värdet R1 , R2 och R3 så det är lätt att hitta värdet på Rx från ovanstående formel.
Från ovanstående villkor, Rx = R2 * R3 / R1
Därför beräknas värdet på okänt motstånd med denna formel, med tanke på att ström genom Galvanometer är noll.
Så vi måste justera potentiometern till den punkt då spänningen vid C och D kommer att vara lika, i det tillståndet kommer strömmen genom punkten C och D att vara noll och Galvanometeravläsningen blir noll, i den specifika positionen kommer Wheatstone Bridge att kallas in Balanserat skick. Denna kompletta åtgärd förklaras i videon nedan:
Exempel
Låt oss ta ett exempel för att förstå begreppet Wheatstone bridge, eftersom vi tar en obalanserad bro för att beräkna lämpligt värde för Rx (okänt motstånd) för att balansera bron. Som vi vet om skillnaden i spänningsfall över punkt C och D är noll är bryggan i balans.
Enligt kretsschemat, För den första armen ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
På att sätta värdena i ovanstående formel, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volt
För den andra armen ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volt
Så spänningsskillnaden mellan punkt C och D är:
Vout = Vc - Vd = 8-3 = 5 volt
Om skillnaden i spänningsfall över C och D är positiv eller negativ (positiv eller negativ visar riktningen för obalans), visar det att bryggan är obalanserad och för att balansera behöver vi ett annat motståndsvärde för att ersätta R4.
Värdet på motståndet R4 som krävs för att balansera kretsen är:
R4 = (R2 * R3) / R1 (tillstånd för balansbro) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Därför är värdet på R4 som krävs för att balansera bryggan 720 Ω, för om bryggan är balans är skillnaden i spänningsfall över C och D noll och om du kan använda ett motstånd på 720 Ω blir spänningsskillnaden noll.
Applikationer
- Används huvudsakligen vid mätning av mycket lågt värde av okänt motstånd med intervall på milli-ohm.
- Om vi använder en varistor med Wheatstone bridge kan vi också identifiera värdet på vissa parametrar som kapacitans, induktans och impedans.
- Genom att använda Wheatstone bridge med operationsförstärkare hjälper det till att mäta olika parametrar som temperatur, töjning, ljus etc.