تشریح پل وتستون و کاربردآن

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، کاربرد مدار پل ویتستون در اندازه گیری کمیت‌های مختلف، اندازه گیری در علوم تجربی و الکترونیک از اهمیت بالایی برخوردار است؛ و در برای اندازه گیری پارامتر‌های مختلف الکتریکی و الکترونیکی از مدارات پل استقاده می‌شود.



در درس ابزار‌های اندازه گیری الکتریکی و الکترونیکی انواع مدارات پل را برسی می‌کنند و در جدول زیر خلاصه این مدارات پل را میتوانید ببینید.


در اینجا ما میخواهیم در مورد پل ویتستون صحبت کنیم که برای اندازه گیری مقاوت مجهول بکار میرود. درسته حالا در این زمانه با مولتی متر‌ها مقدار مقاومت مجهول را بطور ساده اندازه گیری می‌کنند. ولی مزیت پل ویتستون این است که میتواند مقدار مقاومت‌های خیلی پایین در رنج میلی اهم را نیز اندازه گیری کند.

مدار پل وتستون

سامل هانتر کریستی، پل ویتستون را در سال ۱۸۳۳ ابداع کرد و این پل توسط سیر چارلز ویتستون در سال ۱۸۴۳ بهینه و مشهور شد. پل ویتستون از اتصال چهار مقاومت که یک پل را شکل میدهند ساخته می‌شود.


پل برای پیدا کردن یک مقاومت مجهول متصل شده به دو مقاومت معلوم، یک مقاومت متغیر و یک گالوانومتر استفاده می‌شود.

برای پیدا کردن مقدار مقاومت مجهول مقاومت متغیر را تغییر میدهیم تا گالوانومتر صفر بشه. این نقطه، نقطه بالانس پل ویتستون است.


همانطور در شکل می‌بینیم R۱ و R۲ معلوم هستن و مقاومت R۳ متغیر و مقاومت Rx مجهول است؛ و مدار به تغذیه DC وصل شده است.

حال وقتی پل در حالت بالانس باشه، جریانی از گالوانومتر عبور نخواهد کرد و جریان I۱ از R۱ و R۲ عبور می‌کند؛ و جریان I۲ از R۲ و Rx عبور خواهد کرد. در این حالت با فرمول زیر میتوانیم مقاومت مجهول را پیدا کنیم. دقت داشته باشید این فرمول در حالتی صادق هست که هیچ جریانی از بین دو نقطه C. و D. جریان پیدا نکنه.


افت ولتاژ روی مقاومت‌های R۱ و R۳ برابر افت ولتاژ روی مقاومت‌های R۲ و R۴ در حالت بالانس است.


از روی معادله‌های بالا به نتیجه زیر میرسیم



بنابراین مقاومت Rx که مقاومت مجهول ما بود مقدارش پیدا شد و این نحوه عملکرد پل ویستون بود.

در عمل مقاومت متغیر را آنقدر تغییر میدهند تا جریان عبوری از از گالوانومتر صفر شود. این حالت پل را، بالانس پل ویتستون می‌گویند. صفر کردن جریان عبوری از گالوانومتر دقت بالایی را میدهد. اما کوچکترین تغییر در مقاومت متغیر میتونه وضعیت بالانس را بهم بزنه.

در شرایط بالانس معادله زیر درست است



حال، دراین وضعیت ما مقادیر مقاومت‌های R۱,R۲ و همچنین R۳، از فرمول بالا پیدا کردن Rx خیلی ساده است.



نکته مهم و کاربردی: بازم تکرار میکنیم که معادلات بالا در شرایطی صادق هستن که جریان عبوری از بین نقاط C. و D. صفر باشد. وقتی جریان نقاط C. و D. صفر می‌شوند که ولتاژ دو نقطه برابر یا بعبارتی اختلاف پتانسیل دو نقطه C. و D. صفر باشد.

کاربرد‌های پل وتستون

اکثرا برای اندازه گیری مقاومت‌های خیلی پایین در رنج میلی اهم کاربرد دارد.
اگر از یک وریستور (مقاومت متغیر با ولتاژ) با پل ویتستون استفاده کنیم میتوانیم پارامتر‌های دیگر از جمله امپدانس خازنی و سلفی را نیز حساب کنیم.
با ترکیب پل وتستون و تقویت کننده عملیاتی میتوانیم پارامتر‌های مختلف از جمله دما، فشار، نور و … را نیز اندازه گیری کنیم.

منبع:melec