“Bilimin Kalbi ölçümdür” ve ölçüm için köprü devreleri her türlü elektriksel ve elektronik parametreyi bulmak için kullanılır. Elektrik ve Elektronik Ölçme ve Enstrümantasyon alanında çeşitli köprüler üzerinde çalıştık. Aşağıdaki tablo, kullanımlarına göre farklı köprüleri göstermektedir:
| S.No. | Köprünün Adı | Belirlenecek parametre |
| 1. | Wheatstone | bilinmeyen bir direnci ölçmek |
| 2. | Anderson | bobinin kendi kendine endüktansını ölçün |
| 3. | De-güzellik | çok küçük Kapasitans değerini ölçme |
| 4. | Maxwell | bilinmeyen bir endüktansı ölçmek |
| 5. | Kelvin | 1 ohm'un altındaki bilinmeyen elektrik dirençlerini ölçmek için kullanılır. |
| 6. | Wein | direnç ve frekans açısından kapasitans ölçümü |
| 7. | Saman | bilinmeyen yüksek değerli indüktörün ölçümü |
Burada bilinmeyen direncin ölçülmesinde kullanılan Wheatstone köprüsünden bahsedeceğiz. Günümüzde dijital multimetre, direnci basit bir şekilde ölçmeye yardımcı olur. Ancak Wheatstone köprüsünün bunun üzerindeki avantajı, mili-ohm aralığında çok düşük direnç değerlerinin ölçülmesini sağlamaktır.
Wheatstone köprüsü
Samuel Hunter Christie, Wheatstone köprüsünü 1833'te icat etti ve bu köprü, 1843'te Sir Charles Wheatstone tarafından geliştirilip popüler hale getirildi. Wheatstone köprüsü, bir köprü oluşturan dört direncin birbirine bağlanmasıdır. Devredeki dört direnç, köprü kolları olarak adlandırılır. Köprü, bilinen iki direnç, bir değişken direnç ve bir galvanometre ile bağlantılı bilinmeyen bir direncin değerini bulmak için kullanılır. Bilinmeyen direncin değerini bulmak için değişken rezistör ayarlanarak galvanometredeki sapma sıfıra getirilir. Bu nokta Wheatstone köprüsünün denge noktası olarak bilinir.
Türetme
Şekilde görebileceğimiz gibi, R1 ve R2 bilinen dirençlerdir. R3 değişken dirençtir ve Rx bilinmeyen dirençtir. Köprü, DC kaynağına (pil) bağlanır.
Şimdi, Köprü dengeli durumdaysa, galvanometreden hiçbir akım geçmemelidir ve aynı I1 akımı R1 ve R2 boyunca akacaktır. Aynı durum R3 ve Rx için de geçerlidir, R3 ve Rx boyunca akım akışı (I2) aynı kalacaktır. Bu nedenle, köprü Dengeli durumdayken bilinmeyen direnç değerini bulmak için hesaplamalar aşağıdadır (C ve D noktaları arasında akım akışı yoktur).
V = IR (ohm yasasına göre) VR1 = I1 * R1… denklemi (1) VR2 = I1 * R2… denklemi (2) VR3 = I2 * R3… denklemi (3) VRx = I2 * Rx… denklem (4)
R1 ve R3'teki voltaj düşüşü aynıdır ve R2 ve R4'teki voltaj düşüşü de dengeli köprü durumunda aynıdır.
I1 * R1 = I2 * R3… denklemi (5) I1 * R2 = I2 * Rx… denklemi (6)
Denklem (5) ve denklem (6) bölme hakkında
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
Böylece, buradan bilinmeyen direncimiz olan Rx'in değerini alıyoruz ve dolayısıyla Wheatstone köprüsü bilinmeyen bir direncin ölçülmesine bu şekilde yardımcı oluyor.
Operasyon
Pratik olarak değişken direnç, galvanometreden geçen akım değeri sıfır olana kadar ayarlanır. Bu noktada köprüye dengeli Wheatstone köprüsü adı verilir . Değişken dirençteki küçük bir değişiklik denge durumunu bozabileceğinden galvanometre aracılığıyla sıfır akım elde etmek yüksek doğruluk sağlar.
Şekilde görüldüğü gibi, R1, R2, R3 ve Rx köprülerinde dört direnç vardır. R1 ve R2 bilinmeyen direnç olduğunda, R3 değişken dirençtir ve Rx bilinmeyen dirençtir. Bilinen dirençlerin oranı, ayarlanmış değişken direnç ve bilinmeyen direnç oranına eşitse, bu durumda galvanometreden akım geçmeyecektir.
Dengeli durumda,
R1 / R2 = R3 / Rx
Şimdi, bu noktada R1 , R2 ve R3 değerlerine sahibiz, bu nedenle yukarıdaki formülden Rx'in değerini bulmak kolay.
Yukarıdaki koşuldan, Rx = R2 * R3 / R1
Bu nedenle bilinmeyen direncin değeri, Galvanometreden geçen akımın Sıfır olduğu göz önüne alındığında bu formül aracılığıyla hesaplanır.
Bu nedenle potansiyometreyi, C ve D'deki voltajın eşit olacağı noktaya kadar ayarlamamız gerekiyor, bu durumda C ve D noktalarından geçen akım sıfır olacak ve Galvanometre okuması Sıfır olacak, bu belirli konumda Wheatstone Köprüsü çağrılacak Dengeli durum. Bu tam operasyon açıklanmıştır video aşağıda verilen:
Misal
Köprüyü dengelemek için Rx (bilinmeyen direnç) için uygun değeri hesaplamak üzere dengesiz bir köprü kullandığımız için Wheatstone köprüsü kavramını anlamak için bir örnek alalım. C ve D noktaları arasındaki voltaj düşüşü farkının sıfır olup olmadığını bildiğimiz gibi, köprü denge durumundadır.
Devre şemasına göre, İlk kol ADB için, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
Değerleri yukarıdaki formüle koyarken, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volt
İkinci kol ACB için, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volt
Yani, C ve D noktaları arasındaki voltaj farkı:
Vout = Vc - Vd = 8-3 = 5 volt
C ve D arasındaki voltaj düşüşü farkı pozitif veya negatif ise (pozitif veya negatif, dengesizliğin yönünü gösterir), köprünün dengesiz olduğunu ve onu dengelemek için R4'ün yerine farklı bir direnç değerine ihtiyacımız olduğunu gösterir.
Devreyi dengelemek için gerekli olan direnç R4 değeri:
R4 = (R2 * R3) / R1 (denge köprüsü durumu) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
Bu nedenle, köprüyü dengelemek için gereken R4 değeri 720 Ω'dur, çünkü köprü dengelenirse C ve D arasındaki voltaj düşüşü farkı sıfırdır ve 720 Ω'luk bir direnç kullanabiliyorsanız voltaj farkı sıfır olacaktır.
Başvurular
- Temelde mili-ohm aralığına sahip çok düşük bilinmeyen direnç değerinin ölçülmesinde kullanılır.
- Wheatstone köprülü bir varistör kullanıyorsanız, kapasitans, endüktans ve empedans gibi bazı parametrelerin değerini de belirleyebiliriz.
- Wheatstone köprüsünü operasyonel amplifikatör ile kullanarak sıcaklık, gerinim, ışık vb. Gibi farklı parametrelerin ölçülmesine yardımcı olur.