"과학의 핵심은 측정"이며 , 측정을 위해 브리지 회로는 모든 종류의 전기 및 전자 매개 변수를 찾는 데 사용됩니다. 우리는 전기 및 전자 측정 및 계측 분야 에서 여러 교량에 대해 연구했습니다. 아래 표는 용도에 따른 다양한 브리지를 보여줍니다.
S. 아니. | 다리의 이름 | 결정할 매개 변수 |
1. | 휘트 스톤 | 알 수없는 저항을 측정하다 |
2. | 앤더슨 | 코일의 자기 인덕턴스 측정 |
삼. | De-sauty | 매우 작은 정전 용량 값 측정 |
4. | Maxwell | 알 수없는 인덕턴스 측정 |
5. | 켈빈 | 1ohm 미만의 알려지지 않은 전기 저항을 측정하는 데 사용됩니다. |
6. | Wein | 저항 및 주파수 측면에서 커패시턴스 측정 |
7. | 건초 | 높은 값의 알려지지 않은 인덕터 측정 |
여기서는 알 수없는 저항 측정에 사용되는 휘트 스톤 브리지 에 대해 이야기하겠습니다. 오늘날의 디지털 멀티 미터는 간단한 방법으로 저항을 측정하는 데 도움이됩니다. 그러나 이것에 비해 휘트 스톤 브리지의 장점은 밀리 옴 범위에서 매우 낮은 저항 값을 측정 할 수 있다는 것입니다.
휘트 스톤 브리지
Samuel Hunter Christie 는 1833 년에 Wheatstone 다리를 발명 했으며이 다리는 1843 년 Charles Wheatstone 경에 의해 개선되고 대중화되었습니다. Wheatstone 다리는 다리를 형성하는 4 개의 저항 의 상호 연결입니다. 회로의 네 가지 저항을 브리지 암이라고합니다. 브리지는 두 개의 알려진 저항, 하나의 가변 저항 및 검류계와 연결된 알 수없는 저항의 값을 찾는 데 사용됩니다. 알 수없는 저항 값을 찾기 위해 가변 저항을 조정하여 검류계의 편향을 0으로 만듭니다. 이 지점은 휘트 스톤 다리의 균형점으로 알려져 있습니다.
유도
그림에서 볼 수 있듯이 R1과 R2는 알려진 저항입니다. R3은 가변 저항이고 Rx는 알 수없는 저항입니다. 브리지는 DC 소스 (배터리)와 연결됩니다.
이제 브리지가 균형 잡힌 상태에 있으면 검류계를 통해 흐르는 전류가 없어야하며 동일한 전류 I1이 R1 및 R2를 통해 흐르게됩니다. R3 및 Rx도 마찬가지입니다. 즉, R3 및 Rx를 통한 전류 흐름 (I2)은 동일하게 유지됩니다. 따라서 다음은 브리지가 균형 잡힌 상태 일 때 알 수없는 저항 값 을 찾기 위한 계산입니다 (점 C와 D 사이에 전류 흐름 없음).
V = IR (옴의 법칙) VR1 = I1 * R1… 방정식 (1) VR2 = I1 * R2… 방정식 (2) VR3 = I2 * R3… 방정식 (3) VRx = I2 * Rx… 방정식 (4)
R1과 R3의 전압 강하는 동일하며 R2와 R4의 전압 강하도 평형 브리지 상태 에서 동일 합니다.
I1 * R1 = I2 * R3… 방정식 (5) I1 * R2 = I2 * Rx… 방정식 (6)
방정식 (5)과 방정식 (6)을 나눌 때
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
그래서 여기에서 우리는 알려지지 않은 저항 인 Rx의 값을 얻습니다. 따라서 이것이 Wheatstone 브리지가 알려지지 않은 저항을 측정하는 데 도움이되는 방법입니다.
조작
실제로 검류계를 통과하는 전류 값이 0이 될 때까지 가변 저항이 조정됩니다. 그 시점에서 다리는 균형 잡힌 휘트 스톤 다리 라고 불립니다 . 검류계를 통해 전류를 제로화하면 가변 저항의 사소한 변화가 균형 상태를 방해 할 수 있으므로 높은 정확도를 제공합니다.
그림에서 볼 수 있듯이 브리지 R1, R2, R3 및 Rx에는 4 개의 저항이 있습니다. R1과 R2가 알 수없는 저항 인 경우 R3은 가변 저항이고 Rx는 알 수없는 저항입니다. 알려진 저항의 비율이 조정 된 가변 저항과 알려지지 않은 저항의 비율과 같으면이 조건에서 검류계를 통해 전류가 흐르지 않습니다.
균형 잡힌 상태에서
R1 / R2 = R3 / Rx
이제이 시점에서 우리는 R1 , R2 및 R3의 값을 가지므로 위의 공식에서 Rx의 값을 쉽게 찾을 수 있습니다.
위의 조건에서
Rx = R2 * R3 / R1
따라서 검류계를 통과하는 전류가 0 인 경우 알 수없는 저항 값은이 공식을 통해 계산됩니다.
따라서 C와 D의 전압이 같을 때까지 전위차계를 조정해야합니다.이 조건에서 C와 D를 통과하는 전류는 0이되고 검류계 판독 값은 0이됩니다. 특정 위치에서 Wheatstone Bridge가 호출됩니다. 균형 잡힌 상태. 이 전체 작업은 아래 비디오에 설명되어 있습니다.
예
브리지의 균형을 맞추기 위해 Rx (알 수없는 저항)에 대한 적절한 값을 계산하기 위해 불균형 브리지를 사용하므로 휘트 스톤 브리지의 개념 을 이해하기 위한 예를 들어 보겠습니다. 지점 C와 D의 전압 강하 차이가 0이면 브리지는 균형 상태에 있습니다.
회로도에 따르면
첫 번째 암 ADB의 경우
Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
위의 공식에 값을 입력하면
Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 볼트
두 번째 암 ACB의 경우
Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3V
따라서 지점 C와 D의 전압 차이는 다음과 같습니다.
Vout = Vc-Vd = 8-3 = 5 볼트
C와 D의 전압 강하 차이가 양수 또는 음수 (양수 또는 음수는 불균형 방향을 나타냄)이면 브리지가 불균형임을 나타내며 균형을 맞추기 위해 R4를 대체 할 때 다른 저항 값이 필요합니다.
회로 균형에 필요한 저항 R4의 값은 다음과 같습니다.
R4 = (R2 * R3) / R1 (밸런스 브리지 상태) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ohm
따라서 브리지 균형을 맞추는 데 필요한 R4 값은 720Ω입니다. 브리지가 균형을 이루면 C와 D의 전압 강하 차이가 0이고 720Ω 저항을 사용할 수 있으면 전압 차이가 0이되기 때문입니다.
응용
- 주로 밀리 옴 범위의 미지 저항의 매우 낮은 값을 측정하는 데 사용됩니다.
- 휘트 스톤 브리지와 함께 배리스터를 사용하는 경우 커패시턴스, 인덕턴스 및 임피던스와 같은 일부 매개 변수의 값도 식별 할 수 있습니다.
- 연산 증폭기와 함께 휘트 스톤 브리지를 사용하면 온도, 변형률, 빛 등과 같은 다양한 매개 변수를 측정하는 데 도움이됩니다.