جسر يتستون

"قلب العلم هو القياس" ، وللقياس ، تُستخدم دارات الجسر للعثور على جميع أنواع المعلمات الكهربائية والإلكترونية. لقد درسنا عن العديد من الجسور في القياس والأجهزة الكهربائية والإلكترونية. يوضح الجدول أدناه الجسور المختلفة مع استخداماتها:

S. لا.	اسم الجسر	سيتم تحديد المعلمة
1.	ويتستون	قياس مقاومة غير معروفة
2.	أندرسون	قياس الحث الذاتي للملف
3.	دي ساوتي	قياس قيمة صغيرة جدا من السعة
4.	ماكسويل	قياس محاثة غير معروفة
5.	كلفن	تستخدم لقياس المقاومات الكهربائية غير المعروفة أقل من 1 أوم.
6.	وين	قياس السعة من حيث المقاومة والتردد
7.	القش	قياس مغو غير معروف ذو قيمة عالية

هنا ، سوف نتحدث عن جسر ويتستون المستخدم لقياس المقاومة غير المعروفة. يساعد جهاز القياس الرقمي المتعدد الآن في اليوم في قياس المقاومة بطريقة بسيطة. لكن ميزة جسر ويتستون على هذا هو توفير قياس قيم منخفضة للغاية للمقاومة في نطاق ملي أوم.

جسر يتستون

اخترع صموئيل هانتر كريستي جسر ويتستون في عام 1833 وتم تحسين هذا الجسر ونشره من قبل السير تشارلز ويتستون في عام 1843. جسر ويتستون هو ربط بين أربعة مقاومات تشكل جسرًا. يشار إلى المقاومة الأربعة في الدائرة بأذرع الجسر. يستخدم الجسر لإيجاد قيمة مقاومة غير معروفة مرتبطة بمقاومين معروفين ومقاوم متغير وجلفانومتر. للعثور على قيمة المقاومة غير المعروفة ، تم إجراء الانحراف على الجلفانومتر إلى الصفر عن طريق ضبط المقاوم المتغير. تُعرف هذه النقطة بنقطة التوازن لجسر ويتستون.

الاشتقاق

كما نرى في الشكل ، R1 و R2 مقاومان معروفان. R3 مقاوم متغير و Rx مقاومة غير معروفة. الجسر متصل بمصدر التيار المستمر (البطارية).

الآن إذا كان Bridge في حالة متوازنة ، فلا ينبغي أن يكون هناك تيار يتدفق عبر الجلفانومتر وسوف يتدفق نفس التيار I1 بالكامل R1 و R2. الشيء نفسه ينطبق على R3 و Rx ، يعني أن التدفق الحالي (I2) الشامل R3 و Rx سيبقى كما هو. فيما يلي الحسابات لمعرفة قيمة المقاومة غير المعروفة عندما يكون الجسر في حالة التوازن (لا يوجد تدفق تيار بين النقطة C و D).

V = IR (بموجب قانون أوم) VR1 = I1 * R1… المعادلة (1) VR2 = I1 * R2… المعادلة (2) VR3 = I2 * R3… المعادلة (3) VRx = I2 * Rx… المعادلة (4)

انخفاض الجهد عبر R1 و R3 هو نفسه وهبوط الجهد عند R2 و R4 هو نفسه أيضًا في حالة الجسر المتوازن.

I1 * R1 = I2 * R3… المعادلة (5) I1 * R2 = I2 * Rx… المعادلة (6)

عند قسمة المعادلة (5) والمعادلة (6)

R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1

لذلك ، من هنا نحصل على قيمة Rx وهي مقاومتنا المجهولة ، وبالتالي هذه هي الطريقة التي يساعد بها جسر Wheatstone في قياس مقاومة غير معروفة.

عملية

عمليًا ، يتم ضبط المقاومة المتغيرة حتى تصبح قيمة التيار عبر الجلفانومتر صفرًا. عند هذه النقطة ، يُطلق على الجسر اسم جسر ويتستون المتوازن. الحصول على تيار صفري من خلال الجلفانومتر يعطي دقة عالية ، حيث أن تغييرًا طفيفًا في المقاومة المتغيرة يمكن أن يعطل حالة التوازن.

كما هو موضح في الشكل ، توجد أربع مقاومة في الجسر R1 و R2 و R3 و Rx. حيث R1 و R2 هي المقاومة غير المعروفة ، R3 هي المقاومة المتغيرة و Rx هي المقاومة غير المعروفة. إذا كانت نسبة المقاومات المعروفة مساوية لنسبة المقاومة المتغيرة المعدلة والمقاومة غير المعروفة ، في هذه الحالة لن يتدفق أي تيار عبر الجلفانومتر.

في حالة متوازنة ،

R1 / R2 = R3 / Rx

الآن ، في هذه المرحلة ، لدينا قيمة R1 و R2 و R3 لذلك من السهل إيجاد قيمة Rx من الصيغة أعلاه.

من الشرط أعلاه ،

Rx = R2 * R3 / R1

وبالتالي ، يتم حساب قيمة المقاومة غير المعروفة من خلال هذه الصيغة ، بالنظر إلى أن التيار عبر الجلفانومتر هو صفر.

لذلك نحن بحاجة إلى ضبط مقياس الجهد حتى النقطة التي يكون فيها الجهد عند C و D متساويين ، وفي هذه الحالة سيكون التيار من خلال النقطة C و D صفرًا وقراءة الجلفانومتر ستكون صفرًا ، في هذا الموضع المعين ، سيتم استدعاء جسر ويتستون في حالة متوازنة. تم شرح هذه العملية الكاملة في الفيديو أدناه:

مثال

لنأخذ مثالاً لفهم مفهوم جسر ويتستون ، حيث نأخذ جسرًا غير متوازن لحساب القيمة المناسبة لـ Rx (مقاومة غير معروفة) لموازنة الجسر. كما نعلم إذا كان فرق الجهد ينخفض ​​عبر النقطة C و D يساوي صفرًا ، فإن الجسر في حالة توازن.

وفقًا لمخطط الدائرة ،

بالنسبة للذراع الأول ADB ،

Vc = {R2 / (R1 + R2)} * مقابل

عند وضع القيم في الصيغة أعلاه ،

فولت = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 فولت

للذراع الثاني ACB ،

Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 فولت

إذن ، فرق الجهد بين النقطتين C و D هو:

Vout = Vc - Vd = 8-3 = 5 فولت

إذا كان الفرق في انخفاض الجهد عبر C و D موجبًا أو سلبيًا (موجبًا أو سلبيًا يظهر اتجاه عدم التوازن) ، فهذا يدل على أن الجسر غير متوازن ولجعله متوازنًا نحتاج إلى قيمة مقاومة مختلفة لاستبدال R4.

قيمة المقاوم R4 المطلوبة لتوازن الدائرة هي:

R4 = (R2 * R3) / R1 (حالة جسر التوازن) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 أوم

ومن ثم ، فإن قيمة R4 المطلوبة لموازنة الجسر هي 720 Ω ، لأنه إذا كان الجسر متوازنًا ، فإن فرق انخفاض الجهد عبر C و D يساوي صفرًا ، وإذا كان بإمكانك استخدام المقاوم 720 Ω ، فسيكون فرق الجهد صفرًا.

التطبيقات

• تستخدم بشكل أساسي في قياس القيمة المنخفضة جدًا لمقاومة غير معروفة ذات نطاق من الملي أوم.
• في حالة استخدام مكثف مع جسر ويتستون ، يمكننا أيضًا تحديد قيمة بعض المعلمات مثل السعة والحث والمقاومة.
• باستخدام جسر ويتستون مع مكبر تشغيلي ، فإنه يساعد في قياس المعلمات المختلفة مثل درجة الحرارة والضغط والضوء وما إلى ذلك.