גשר הוא מעגל חשמלי המורכב משלושה ענפים המחוברים בנקודה משותפת וניתן לכוונן את גישור הביניים הקיים. הם משמשים בעיקר במעבדת חשמל למדידת פרמטרים שונים ויישומים כמו סינון, לינארית ולא לינארית , וכו. גשרים מסווגים לשני סוגים שהם, גשרים של DC כמו גשר וויטסטון, גשר קלווין כפול, גשר מגה אוהם וגשרים של AC כמו השראות, קיבוליות, תדר. למדידת ערך קטן של התנגדות כמו 1 אוהם, אנו יכולים להשתמש במומטר או בגשר וויטסטון, אך במקרה בו ערך ההתנגדות הוא פחות מאום אחד, יהיה קשה למדוד אותו. לפיכך, אנו מעבירים ערך נמוך יותר של הנגדים הלא ידועים, שני נגדים מדויקים ומד זרם גבוה ליצירת נגדים עם ארבעה מסופים, כאשר הזרם זורם במעגל, ואז ניתן למדוד את ירידת המתח על פני הנגדים באמצעות גַלוָנוֹמֶטֶר , שביחד הוא נגד בעל ארבעה טרמינלים הנקרא גשר קלווין.
מהו קלווין גשר כפול?
הַגדָרָה: גשר קלווין או גשר קלווין כפול הוא גרסה שונה של ה- גשר ויטסטון , שיכולים למדוד ערכי התנגדות בטווח שבין 1 ל 0.00001 אוהם בדיוק רב. שמו נקרא מכיוון שהוא משתמש בסט נוסף של זרועות יחס וגלוונומטר למדידת ערך ההתנגדות הלא ידוע. ניתן להבין את פעולתו הבסיסית של הגשר הכפול קלווין מהבנייה והתפעול הבסיסי של גשר קלווין.
עקרון גשר קלווין
גשר וויטסטון משמש למדידת התנגדות השווה ל -1 אוהם, אך אם ברצוננו למדוד את ההתנגדות מתחת ל -1 אוהם, זה הופך להיות קשה מכיוון שהמוליכים המחוברים לגלוונומטר מוסיפים את ההתנגדות של המכשיר לאורך כאשר ההתנגדות של מוביל מובילה לשינוי במדידת הערך בפועל של ההתנגדות. מכאן שכדי להתגבר על בעיה זו, אנו יכולים להשתמש בגשר שונה שנקרא גשר קלווין.
נגזרת למציאת ערך התנגדות לא ידוע
גשר קלווין הוא של התנגדות 'r' המחברת בין 'R' (לא ידוע נַגָד ) לנגד הסטנדרטי 'S'. ניתן לראות את ערך ההתנגדות בגלוונומטר (מ- 'm ל- n'). אם המצביע בגלוונומטר מופיע ב- 'm'. זה אומר, ערך ההתנגדות הוא פחות ואם המצביע מראה ב- 'n' פירושו שער ההתנגדות גבוה. מכאן דווקא על ידי חיבור גלוונומטר ל- 'm ו- n' אנו בוחרים נקודת ביניים נוספת 'd' בגשר קלווין כפי שמוצג באיור.
גשר קלווין
ניתן לחשב את ערך ההתנגדות באופן הבא
r1 / r2 = P / Q ………… (1)
R + r1 = (P / Q) * (S + r2)
מהיכן 1
r 1 / (r1 + r2) = P / (P + Q)
r1 = [P / (P + Q)] .r
אנחנו יודעים את זה r1 + r2 = r
r2 = [Q / (P + Q)] .r
R + [P / (P + Q)] * r = P / Q [S + (Q / (P + Q) * r)]
R = (P / Q) * S …………. (2)
מהמשוואה הנ'ל אנו יכולים לומר כי על ידי חיבור הגלוונומטר בנקודה 'ד' לא תהיה השפעה במדידת ערך ההתנגדות בפועל, אך החיסרון היחיד של תהליך זה הוא שקשה ליישם, ולכן אנו משתמשים גשר כפול של קלווין לקבלת ערך התנגדות נמוך ומדויק.
תרשים מעגלים של גשר קלווין כפול
הקמת גשר כפול קלווין דומה לגשר אבן החיטה, אך ההבדל היחיד הוא שהוא מורכב משתי זרועות 'P & Q', 'p & q' כאשר הזרוע 'p & q' מחוברת לקצה אחד של גלוונומטר, ב 'd' ו- 'P & Q' מחובר לקצה אחר של גלוונומטר, ב 'b'. חיבור זה ממזער את השפעת החיבור של העופרת ואת הנגד הלא ידוע R & נגד סטנדרטי S ממוקם בין 'm ו- n' ו- 'a ו- c'.
מעגל גשר כפול של קלווין
גִזרָה
היחס p / q = P / Q,
בתנאי המאוזן הנוכחי בגלוונומטר = 0
הבדל פוטנציאלי ב- a & b = ירידת מתח בין Eamd.
Eab = [P / P + Q] Eac
Eac = I [R + S + [(p + q) r] / [p + q + r]] ………… (3)
Eamd = I [R + (p / (p + q)) * {(p + q) r / (p + q + r)}]
Eac = I [p r / (p + q + r)] ……… (4)
כאשר גלוונומטר מראה אפס אז
( P / P + Q) * I [R + (p / (p + q)) * {(p + q) r / (p + q + r)}] = I [pr / (p + q + r) ]
R = (P / R) * S + p r / (p + q + r) [(P / Q) - (p / q)]
אנחנו יודעים את זה P / Q = p / q
R = (P / Q) * S ……. (5)
להשגת תוצאות מושלמות, יש לשמור על יחס הזרועות שווה ולהפחית את השדה האלקטרומגנטי התרמו-חשמלי המושרה בגשר בעת ביצוע קריאות על ידי החלפת קוטביות החיבור. לכן ניתן להשיג את ערך ההתנגדות הלא ידוע משתי הזרועות. בדרך כלל, הוא מודד 1 - 0.00001 אוהם עם דיוק ± 0.05% עד ± 0.2%, על מנת להשיג רגישות הזרם שיסופק צריך להיות גדול.
יתרונות
היתרונות הם
- הוא יכול למדוד את ערך ההתנגדות בטווח של 0.1 µA עד 1.0 A.
- צריכת החשמל פחותה
- פשוט בבנייה
- הרגישות גבוהה.
חסרונות
החסרונות הם
- כדי לדעת אם הגשר מאוזן או לא, משתמשים בגלוונומטר הרגיש.
- כדי להשיג רגישות טובה של המכשיר, נדרש זרם גבוה.
- התאמות ידניות מתבצעות מעת לעת במידת הצורך.
יישומים
היישום של הגשר הכפול קלווין הוא
- הוא משמש למדידת ההתנגדות הלא ידועה של חוט.
שאלות נפוצות
1). מהם סוגי הגשרים השונים?
גשרים מסווגים בדרך כלל לשני סוגים שהם: גשר DC (גשר ויטסטון, גשר קלווין כפול, גשר מגה אוהם) וגשר AC (השראות, קיבוליות, תדר).
2). מדוע משתמשים בגשר הכפול קלווין?
גשר קלווין כפול הוא צורה שונה של גשר וויטסטון, המשמש למדידת ערכי התנגדות נמוכים יותר בטווח של 1 עד 0.00001 אוהם.
3). מדוע משתמשים בגשר הכפול של קלווין למדידת עמידות נמוכה?
בעת מדידת ערך התנגדות נמוך ההתנגדות למגע ולעופרת גורמת לשגיאות משמעותיות בקריאה, ולכן על מנת להתגבר על שגיאה זו נעשה שימוש בגשר כפול קלווין.
4). מה ההבדל בין וויטסטון לגשר הכפול קלווין?
גשר ויטסטון מודד את ההתנגדות הגדולה או שווה ל -1 אוהם על ידי איזון המעגל, ואילו הגשר הכפול של קלווין הוא צורה שונה של וויטסטון, המשמשת למדידת ערכי התנגדות נמוכים יותר בטווח של 1 עד 0.00001 אוהם.
5). כאשר הגשר מאוזן, כמה זרם זורם דרך הגלוונומטר?
זרם אפס '0' זורם דרך הגשר כאשר הגשר מאוזן.
6). מה ההשפעה של עמידות בעומס ובמגע בגשר קלווין?
אין השפעה של עמידות בעומס ובמגע בגשר קלווין מכיוון שהגשר אינו תלוי בעמידות בעומס ובמגע.
7). מה הדיוק של קלווין גשר כפול?
ניתן להשיג את ערך ההתנגדות הלא ידוע משתי זרועות גשר קלווין כפול, בדרך כלל הוא מודד 1- 0.00001 אוהם בדיוק ± 0.05% עד ± 0.2%.
גשר הוא מעגל חשמלי המשמש במעבדות למדידת פרמטרים שונים. בדרך כלל הם מסווגים לשני סוגים שהם, DC (גשר וויטסטון, גשר קלווין כפול, גשר מגה אוהם) וגשרים עם זרם חילופין (השראות, קיבוליות, תדר). מאמר זה נותן סקירה של הגשר הכפול קלווין, א גשר קלווין או גשר כפול קלווין הוא גרסה שונה של גשר וויטסטון, שיכולה למדוד ערכי התנגדות בטווח שבין 1 ל 0.00001 אוהם בדיוק של ± 0.05% עד 0.2%. היתרון העיקרי של גשר זה הוא שהוא יכול למדוד אפילו ערך התנגדות קטן.
