“హార్ట్ ఆఫ్ సైన్స్ కొలత”, మరియు కొలత కోసం వంతెన సర్క్యూట్లు అన్ని రకాల ఎలక్ట్రికల్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్ పరామితులను కనుగొనడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఎలక్ట్రికల్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్ మెజర్మెంట్ మరియు ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్‌లోని అనేక వంతెనల గురించి మేము అధ్యయనం చేసాము. దిగువ పట్టిక వాటి ఉపయోగాలతో విభిన్న వంతెనలను చూపుతుంది:
| ఎస్. | వంతెన పేరు | నిర్ణయించవలసిన పరామితి |
| 1. | వీట్‌స్టోన్ | తెలియని ప్రతిఘటనను కొలవండి |
| 2. | అండర్సన్ | కాయిల్ యొక్క స్వీయ-ప్రేరణను కొలవండి |
| 3. | డి-సౌటీ | కెపాసిటెన్స్ యొక్క చాలా తక్కువ విలువను కొలుస్తుంది |
| 4. | మాక్స్వెల్ | తెలియని ఇండక్టెన్స్‌ను కొలవండి |
| 5. | కెల్విన్ | 1 ఓం కంటే తక్కువ తెలియని విద్యుత్ నిరోధకాలను కొలవడానికి ఉపయోగిస్తారు. |
| 6. | వీన్ | ప్రతిఘటన మరియు పౌన.పున్యం పరంగా కెపాసిటెన్స్ యొక్క కొలత |
| 7. | హే | అధిక విలువ యొక్క తెలియని ప్రేరక కొలత |
ఇక్కడ, తెలియని ప్రతిఘటన యొక్క కొలత కోసం ఉపయోగించే వీట్‌స్టోన్ వంతెన గురించి మాట్లాడబోతున్నాం. ఇప్పుడు-ఒక-రోజుల డిజిటల్ మల్టీమీటర్ ప్రతిఘటనను సరళమైన రీతిలో కొలవడానికి సహాయపడుతుంది. దీనిపై వీట్‌స్టోన్ వంతెన యొక్క ప్రయోజనం ఏమిటంటే మిల్లీ-ఓంల పరిధిలో ప్రతిఘటన యొక్క చాలా తక్కువ విలువలను కొలవడం.
వీట్‌స్టోన్ వంతెన
శామ్యూల్ హంటర్ క్రిస్టీ 1833 లో వీట్‌స్టోన్ వంతెనను కనుగొన్నాడు మరియు ఈ వంతెనను సర్ చార్లెస్ వీట్‌స్టోన్ 1843 లో మెరుగుపరిచారు మరియు ప్రాచుర్యం పొందారు. వీట్‌స్టోన్ వంతెన అనేది వంతెనగా ఏర్పడే నాలుగు ప్రతిఘటనల యొక్క పరస్పర సంబంధం. సర్క్యూట్లో నాలుగు నిరోధకత ఆయుధాల వంతెనగా సూచిస్తారు. రెండు తెలిసిన రెసిస్టర్, ఒక వేరియబుల్ రెసిస్టర్ మరియు గాల్వనోమీటర్‌తో అనుసంధానించబడిన తెలియని నిరోధకత యొక్క విలువను కనుగొనడానికి ఈ వంతెన ఉపయోగించబడుతుంది. తెలియని ప్రతిఘటన యొక్క విలువను కనుగొనడానికి వేరియబుల్ రెసిస్టర్‌ను సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా సున్నాకి చేసిన గాల్వనోమీటర్‌లోని విక్షేపం. ఈ పాయింట్‌ను వీట్‌స్టోన్ వంతెన యొక్క బ్యాలెన్స్ పాయింట్ అంటారు.
ఉత్పన్నం
మేము చిత్రంలో చూడగలిగినట్లుగా, R1 మరియు R2 తెలిసిన రెసిస్టర్. R3 వేరియబుల్ రెసిస్టర్ మరియు Rx తెలియని నిరోధకత. వంతెన DC మూలం (బ్యాటరీ) తో అనుసంధానించబడి ఉంది.
ఇప్పుడు వంతెన సమతుల్య స్థితిలో ఉంటే గాల్వనోమీటర్ ద్వారా ప్రవహించే ప్రవాహం ఉండకూడదు మరియు అదే ప్రస్తుత I1 పూర్తిగా R1 మరియు R2 ప్రవహిస్తుంది. R3 మరియు Rx లకు కూడా అదే జరుగుతుంది, అంటే ప్రస్తుత ప్రవాహం (I2) క్షుణ్ణంగా R3 మరియు Rx అదే విధంగా ఉంటాయి. వంతెన సమతుల్య స్థితిలో ఉన్నప్పుడు తెలియని నిరోధక విలువను తెలుసుకోవడానికి లెక్కలు క్రింద ఉన్నాయి (పాయింట్ సి మరియు డి మధ్య ప్రస్తుత ప్రవాహం లేదు).
V = IR (ఓం యొక్క చట్టం ప్రకారం) VR1 = I1 * R1… సమీకరణం (1) VR2 = I1 * R2… సమీకరణం (2) VR3 = I2 * R3… సమీకరణం (3) VRx = I2 * Rx… సమీకరణం (4)
R1 మరియు R3 అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ సమానంగా ఉంటుంది మరియు సమతుల్య వంతెన స్థితిలో R2 మరియు R4 వద్ద వోల్టేజ్ డ్రాప్ కూడా సమానంగా ఉంటుంది.
I1 * R1 = I2 * R3… సమీకరణం (5) I1 * R2 = I2 * Rx… సమీకరణం (6)
సమీకరణం (5) మరియు సమీకరణం (6) ను విభజించడంపై
R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1
కాబట్టి, ఇక్కడ నుండి మనకు తెలియని ప్రతిఘటన అయిన Rx విలువను పొందుతాము మరియు అందువల్ల వీట్‌స్టోన్ వంతెన తెలియని ప్రతిఘటనను కొలవడానికి సహాయపడుతుంది.
ఆపరేషన్
ఆచరణాత్మకంగా, గాల్వనోమీటర్ ద్వారా కరెంట్ విలువ సున్నా అయ్యే వరకు వేరియబుల్ రెసిస్టెన్స్ సర్దుబాటు చేయబడుతుంది. ఆ సమయంలో, వంతెనను సమతుల్య వీట్‌స్టోన్ వంతెన అని పిలుస్తారు . గాల్వనోమీటర్ ద్వారా సున్నా కరెంట్ పొందడం అధిక ఖచ్చితత్వాన్ని ఇస్తుంది, ఎందుకంటే వేరియబుల్ రెసిస్టెన్స్‌లో చిన్న మార్పు బ్యాలెన్స్ స్థితిని దెబ్బతీస్తుంది.
చిత్రంలో చూపినట్లుగా, వంతెన R1, R2, R3 మరియు Rx లో నాలుగు నిరోధకత ఉన్నాయి. ఇక్కడ R1 మరియు R2 తెలియని రెసిస్టర్, R3 వేరియబుల్ రెసిస్టెన్స్ మరియు Rx తెలియని నిరోధకత. తెలిసిన రెసిస్టర్‌ల నిష్పత్తి సర్దుబాటు చేయబడిన వేరియబుల్ రెసిస్టెన్స్ మరియు తెలియని నిరోధకత యొక్క నిష్పత్తికి సమానంగా ఉంటే, ఆ స్థితిలో గాల్వనోమీటర్ ద్వారా ప్రవాహం ప్రవహించదు.
సమతుల్య స్థితిలో,
R1 / R2 = R3 / Rx
ఇప్పుడు, ఈ సమయంలో మనకు R1 , R2 మరియు R3 విలువలు ఉన్నాయి కాబట్టి పై ఫార్ములా నుండి Rx విలువను కనుగొనడం సులభం.
పై పరిస్థితి నుండి, Rx = R2 * R3 / R1
అందువల్ల, తెలియని ప్రతిఘటన యొక్క విలువ ఈ ఫార్ములా ద్వారా లెక్కించబడుతుంది, గాల్వనోమీటర్ ద్వారా ప్రస్తుతము జీరో.
కాబట్టి సి మరియు డి వద్ద వోల్టేజ్ సమానంగా ఉండే వరకు మనం పొటెన్షియోమీటర్‌ను సర్దుబాటు చేయాలి, ఆ స్థితిలో పాయింట్ సి మరియు డి ద్వారా కరెంట్ సున్నా అవుతుంది మరియు గాల్వనోమీటర్ పఠనం జీరో అవుతుంది, ఆ ప్రత్యేక స్థితిలో వీట్‌స్టోన్ వంతెన పిలువబడుతుంది సమతుల్య పరిస్థితి. ఈ పూర్తి ఆపరేషన్ క్రింద ఇవ్వబడిన వీడియోలో వివరించబడింది:
ఉదాహరణ
వీట్‌స్టోన్ వంతెన యొక్క భావనను అర్థం చేసుకోవడానికి ఒక ఉదాహరణ తీసుకుందాం, ఎందుకంటే వంతెనను సమతుల్యం చేయడానికి Rx (తెలియని నిరోధకత) కు తగిన విలువను లెక్కించడానికి మేము అసమతుల్య వంతెనను తీసుకుంటాము. పాయింట్ C మరియు D అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ యొక్క వ్యత్యాసం సున్నా అని మనకు తెలుసు, అప్పుడు వంతెన బ్యాలెన్స్ స్థితిలో ఉంటుంది.
సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం ప్రకారం, మొదటి చేయి ADB కోసం, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs
పై సూత్రంలో విలువలను ఉంచినప్పుడు, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 వోల్ట్లు
రెండవ చేయి ACB కోసం, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 వోల్ట్లు
కాబట్టి, పాయింట్ సి మరియు డి మధ్య వోల్టేజ్ వ్యత్యాసం:
Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 వోల్ట్లు
C మరియు D అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ యొక్క వ్యత్యాసం సానుకూలంగా లేదా ప్రతికూలంగా ఉంటే (సానుకూల లేదా ప్రతికూల అసమతుల్యత దిశను చూపిస్తుంది), ఇది వంతెన అసమతుల్యమని చూపిస్తుంది మరియు సమతుల్యతను కలిగించడానికి R4 స్థానంలో ప్రతిఘటన యొక్క వేరే విలువ అవసరం.
సర్క్యూట్ సమతుల్యతకు అవసరమైన రెసిస్టర్ R4 యొక్క విలువ:
R4 = (R2 * R3) / R1 (బ్యాలెన్స్ వంతెన యొక్క పరిస్థితి) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 ఓం
అందువల్ల, వంతెనను సమతుల్యం చేయడానికి అవసరమైన R4 విలువ 720 is, ఎందుకంటే వంతెన సమతుల్యమైతే సి మరియు డి అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ యొక్క వ్యత్యాసం సున్నా మరియు మీరు 720 యొక్క రెసిస్టర్‌ను ఉపయోగించగలిగితే వోల్టేజ్ వ్యత్యాసం సున్నా అవుతుంది.
అప్లికేషన్స్
- మిల్లీ-ఓంల పరిధిని కలిగి ఉన్న తెలియని నిరోధకత యొక్క చాలా తక్కువ విలువను కొలిచేందుకు ప్రధానంగా ఉపయోగిస్తారు.
- వీట్‌స్టోన్ వంతెనతో వేరిస్టర్‌ను ఉపయోగిస్తే, కెపాసిటెన్స్, ఇండక్టెన్స్ మరియు ఇంపెడెన్స్ వంటి కొన్ని పారామితుల విలువను కూడా మేము గుర్తించగలము.
- కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్‌తో వీట్‌స్టోన్ వంతెనను ఉపయోగించడం ద్వారా ఇది ఉష్ణోగ్రత, జాతి, కాంతి వంటి వివిధ పారామితులను కొలవడానికి సహాయపడుతుంది.