Een brug is een electronisch circuit die bestaat uit drie takken die op een gemeenschappelijk punt met elkaar zijn verbonden en de aanwezige tussenbrug kan verstelbaar zijn. Ze worden voornamelijk gebruikt in een elektrisch laboratorium voor het meten van verschillende parameters en in toepassingen zoals filteren, lineair en niet-lineair , enz. Bruggen worden ingedeeld in twee typen die ze zijn, DC-bruggen zoals Wheatstone Bridge, Kelvin Double Bridge, Mega Ohm Bridge en AC-bruggen zoals inductantie, capaciteit, frequentie. Voor het meten van een kleine weerstandswaarde, zoals 1 ohm, kunnen we een ohmmeter of een Wheatstone-brug gebruiken, maar in het geval dat de weerstandswaarde minder is dan 1 ohm, zal het moeilijk te meten zijn. Daarom shunten we een lagere waarde van de onbekende weerstanden, 2 precisieweerstanden en een ampèremeter met hoge stroomsterkte om weerstanden met vier aansluitingen te vormen, waarbij de stroom door het circuit stroomt, waarna de spanningsval over de weerstanden kan worden gemeten met een galvanometer , die samen een weerstand met vier aansluitingen is, genaamd Kelvin-brug.
Wat is Kelvin Double Bridge?
Definitie: Een Kelvin-brug of Kelvin-dubbele brug is een aangepaste versie van de Wheatstone-brug , die weerstandswaarden in het bereik tussen 1 en 0,00001 ohm met hoge nauwkeurigheid kan meten. Het is genoemd omdat het een andere set verhoudingsarmen en een galvanometer gebruikt om de onbekende weerstandswaarde te meten. De basiswerking van de Kelvin dubbele brug kan worden begrepen vanuit de basisconstructie en bediening van de Kelvinbrug.
Principe van Kelvin Bridge
Een Wheatstone-brug wordt gebruikt om weerstand gelijk aan of groter dan 1 ohm te meten, maar als we de weerstand onder 1 ohm willen meten, wordt het moeilijk omdat de draden die zijn aangesloten op de galvanometer de weerstand van het apparaat optellen langs waarbij de weerstand van leads leidt tot variatie in de meting van de werkelijke waarde van weerstand. Om dit probleem op te lossen, kunnen we daarom een gemodificeerde brug gebruiken, genaamd Kelvin-brug.
Afleiding voor het vinden van onbekende weerstandswaarde
De Kelvin-brug heeft weerstand 'r' die 'R' (onbekend weerstand ) naar standaardweerstand “S”. De weerstandswaarde kan worden bekeken in de galvanometer (van 'm tot n'). Als de wijzer in de galvanometer een “m” aangeeft. Dit betekent dat de weerstandswaarde lager is en als de wijzer bij 'n' staat, betekent dit dat de weerstandswaarde hoog is. Dus door de galvanometer aan te sluiten op 'm en n', kiezen we een ander tussenpunt 'd' in Kelvin Bridge, zoals weergegeven in figuur
Kelvin Bridge
De waarde van weerstand kan als volgt worden berekend
r1 / r2 = P / Q ………… (1)
R + r1 = (P / Q) * (S + r2)
Waar vandaan 1
r 1 / (r1 + r2) = P / (P + Q)
r1 = [P / (P + Q)] .r
we weten dat 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)
Uit de bovenstaande vergelijking kunnen we zeggen dat door de galvanometer aan te sluiten op punt 'd' er geen effect zal zijn op de meting van de werkelijke weerstandswaarde, maar het enige nadeel van dit proces is dat het moeilijk te implementeren is, daarom gebruiken we een Kelvin dubbele brug voor een nauwkeurige lage weerstandswaarde.
Schakelschema van Kelvin Double Bridge
De constructie van de Kelvin dubbele brug is vergelijkbaar met de tarwestenen brug, maar het enige verschil is dat deze bestaat uit 2 armen 'P & Q', 'p & q' waarbij de arm 'p & q' is verbonden met een uiteinde van de galvanometer, bij 'd' en 'P & Q' is verbonden met een ander uiteinde van de galvanometer, bij 'b'. Deze verbinding minimaliseert het effect van de verbindingskabel en de onbekende weerstand R & a standaardweerstand S wordt geplaatst tussen 'm en n', en 'a en c'.
Kelvin Double Bridge Circuit
Afleiding
De verhouding p / q = P / Q,
Onder de gebalanceerde toestand stroom in galvanometer = 0
Potentieel verschil bij a & b = spanningsval tussen 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)
Als de galvanometer dan nul aangeeft
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)]
We weten dat P / Q = p / q
R = (P / Q) * S ……. (5)
Voor het verkrijgen van perfecte resultaten moet de armverhouding gelijk worden gehouden en kan het thermo-elektrische elektromagnetische veld dat in de brug wordt geïnduceerd tijdens het aflezen worden verminderd door de polariteit van de verbinding om te wisselen. Daarom kan de onbekende weerstandswaarde worden verkregen uit de twee armen. Meestal meet het 1 - 0.00001 ohm met een nauwkeurigheid van ± 0,05% tot ± 0,2%, om gevoeligheid te bereiken moet de te leveren stroom groot zijn.
Voordelen
De voordelen zijn
- Het kan de weerstandswaarde meten in het bereik van 0,1 µA tot 1,0 A.
- Het stroomverbruik is minder
- Eenvoudig in constructie
- De gevoeligheid is hoog.
Nadelen
De nadelen zijn
- Om te weten of de brug in balans is of niet, wordt de gevoelige galvanometer gebruikt.
- Om een goede gevoeligheid van het apparaat te verkrijgen, is een hoge stroom vereist.
- Handmatige aanpassingen moeten periodiek worden gemaakt wanneer dat nodig is.
Toepassingen
De toepassing van de Kelvin dubbele brug is
- Het wordt gebruikt om de onbekende weerstand van een draad te meten.
Veelgestelde vragen
1). Wat zijn de verschillende soorten bruggen?
Bruggen worden meestal ingedeeld in twee typen: DC-brug (Wheatstone-brug, Kelvin dubbele brug, Mega Ohm-brug) en AC-brug (inductantie, capaciteit, frequentie).
2). Waarom wordt de Kelvin dubbele brug gebruikt?
Kelvin dubbele brug is een gemodificeerde vorm van Wheatstone-brug, die wordt gebruikt om lagere weerstandswaarden in het bereik van 1 tot 0,00001 ohm te meten.
3). Waarom wordt de dubbele Kelvin-brug gebruikt om lage weerstand te meten?
Bij het meten van de lage weerstandswaarde veroorzaken het contact en de draadweerstand een aanzienlijke fout bij het aflezen, daarom wordt om deze fout te verhelpen Kelvin dubbele brug gebruikt.
4). Wat is het verschil tussen de Wheatstone en Kelvin Double Bridge?
De Wheatstone-brug meet de weerstand groter dan of gelijk aan 1 ohm door het circuit te balanceren, terwijl de Kelvin dubbele brug een gemodificeerde vorm van Wheatstone is, die wordt gebruikt om lagere weerstandswaarden in het bereik van 1 tot 0,00001 ohm te meten.
5). Als de brug in balans is, hoeveel stroom vloeit er dan door de galvanometer?
‘0’ nulstroom vloeit door de brug wanneer de brug in balans is.
6). Wat is het effect van belasting en contactweerstand in Kelvin Bridge?
Er is geen effect van belasting en contactweerstand in de Kelvin-brug omdat de brug onafhankelijk is van belasting en contactweerstand.
7). Wat is de nauwkeurigheid van Kelvin Double Bridge?
De onbekende weerstandswaarde kan worden verkregen uit de twee armen van de dubbele Kelvin-brug, deze meet meestal 1 - 0,00001 ohm met een nauwkeurigheid van ± 0,05% tot ± 0,2%.
Een brug is een elektrisch circuit dat in Laborites wordt gebruikt voor het meten van verschillende parameters. Ze worden meestal ingedeeld in twee typen: DC (Wheatstone Bridge, Kelvin Double Bridge, Mega Ohm Bridge) en AC-bruggen (inductantie, capaciteit, frequentie). Dit artikel geeft een overzicht van de Kelvin dubbele brug, een Kelvin brug of Kelvin dubbele brug is een aangepaste versie van de Wheatstone-brug, die weerstandswaarden kan meten in het bereik tussen 1 en 0,00001 ohm met een nauwkeurigheid van ± 0,05% tot ± 0,2%. Het grote voordeel van deze brug is dat hij zelfs een kleine weerstandswaarde kan meten.
