วงจรบริดจ์ Bridge Circuit

วงจรบริดจ์ (Bridge Circuit) เครื่องมือที่อาศัยหลักการเปรียบเทียบในการวัดค่า ไม่มีการปรับเทียบ (No Calibration) แหล่งจ่ายไม่มีผล ค่าความถูกต้องสูง นิยมใช้วัดค่า R, L, C และ Impedance แบ่งเป็น DC Bridge AC Bridge

Direct – Current Bridge (D.C. Bridge)

DC Bridge วงจรบริดจ์ ที่มีแหล่งจ่ายเป็น สัญญาณกระแสตรง (DC) Wheatstone Bridge 2. Kelvin Bridge

Wheatstone Bridge Circuit ประกอบด้วยความต้านทาน 2 แขน ขนานกัน แต่ละแขนมีตัวต้านทาน 2 ตัว ตัวต้านทานจะต่อกับแหล่งจ่าย DC มี ตัวตรวจจับกระแส หรือ Galvanometer ต่อเข้ากับตรงกลางของกลุ่มตัวต้านทาน เพื่อแสดงสภาวะสมดุล (Balance)

สภาวะที่บริดจ์สมดุล (Balance Bridge)

เมื่อเข็มของ Galvanometer ชี้ค่าศูนย์ จะได้ และ

ตัวอย่างที่ 5 จงหาขนาด Rx ที่จะทำให้เข็มชี้ Galvanometer ชี้ค่าศูนย์

เข็ม Galvanometer ชี้ค่าศูนย์ 

Sensitivity of the Wheatstone Bridge เมื่อบริดจ์อยู่ในภาวะไม่สมดุล จะมีกระแสไหลผ่าน Galvanometer ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของเข็ม Total Deflection  ระยะของเข็มมิเตอร์ที่เบี่ยงเบนไป

วงจรสมมูล (thevenin) ของ Wheatstone Bridge ใช้สำหรับหาค่ากระแสที่ไหลผ่าน Galvanometer หาจากวงจรสมมูลระหว่างขั้ว a - b Ig

แรงดันเทวินิน (VTH)

จาก จะได้

ความต้านทานเทวินิน (RTH) กำจัดแหล่งจ่าย - ลัดวงจร Voltage Source - เปิดวงจร Current Source

จะได้

กระแสที่ไหลผ่าน Galvanometer

ตัวอย่างที่ 6 จงหาขนาดกระแส (Ig) ที่ไหลผ่าน Galvanometer

ความต้านทานเทวินิน

กระแสที่ไหลผ่าน Galvanometer จะได้

Effect of Slightly Unbalance Wheatstone Bridge ใช้เพื่อตรวจสอบ / วัดค่า ความผิดพลาดของระบบควบคุม ได้

มีความต้านทานเกิดขึ้น ที่ขั้วต่อของวงจร กับ ค่าความต้านทานที่นำมาวัด จะส่งผลกระทบมาก ถ้าใช้วัดค่า R ที่มีค่าความต้านทานต่ำ

กระแสที่ไหลผ่าน Galvanometer เมื่อเกิดความไม่สมดุลเล็กน้อย

วงจรสมมูลเทวินินที่ได้ ถ้า ความถูกต้องของการวัดประมาณ 98 %

ตัวอย่างที่ 7 จงประมาณค่ากระแส (Ig) ที่ไหลผ่าน Galvanometer ซึ่งมีค่า Rg = 125 Ohm และเข็มชี้เคลื่อนที่ระหว่าง 200-0-200

Kelvin Bridge นำเอา Wheatstone Bridge มาแก้ไขข้อบกพร่อง เพื่อใช้สำหรับการวัดที่ต้องการความถูกต้องสูงขึ้น กำจัดผลของความต้านทานที่จุดต่อ หรือ ลวดตัวนำภายในเครื่องมือวัด เหมาะสำหรับการวัดค่าความต้านทานที่มีค่าต่ำๆ สามารถวัดได้ถูกต้องถึง

การแก้ปัญหาจากผลกระทบของความต้านทานที่ไม่ต้องการ สามารถเลือกจุดที่ต่อกัลป์วานอมิเตอร์ ระหว่างจุด m และ n เพื่อชดเชยค่า R ที่ไม่ต้องการ Ry – ความต้านทานที่เพิ่มเข้ามาเพื่อใช้ขจัดค่า R ที่ไม่ต้องการ ถ้า (G) ต่อที่ n  Ry รวมกับ R3 (Rx จะมากกว่าความเป็นจริง) ถ้า (G) ต่อที่ m  Ry รวมกับ Rx (R3 จะมากกว่าความเป็นจริง)

เมื่อ G ต่อที่จุด p พบว่า เมื่อภาวะบริดจ์สมดุล จะได้ มีผลจากความต้านทานในสายเข้ามาเกี่ยวข้อง

กำจัดผลกระทบจาก Ry ได้โดย ต่อ G ที่จุดที่ทำให้

จะกลายเป็น จาก จะได้ ไม่มีผลของ Ry เข้ามาเกี่ยวข้องแล้ว !!!

Kelvin Double Bridge แล้วปรับให้บริดจ์สมดุล จะตั้งค่าให้

เมื่อ บริดจ์สมดุล จะไม่มีกระแสไหลผ่าน Galvanometer

จาก จาก

จะได้ จากที่กำหนดให้ ดังนั้น จะได้

สรุป วงจรเคลวิน บริดจ์ Rx คือ ความต้านทานไม่ทราบค่า (ค่าต่ำๆ) R2 คือ ความต้านทานมาตรฐานค่าต่ำๆ R1, R3 , Ra และ Rb คือ ความต้านทานปรับค่าได้ ที่เที่ยงตรงสูง ปรับ R1, R3 , Ra และ Rb ให้ วัดค่า Rx จาก ความถูกต้องจากการวัด ระดับ

วงจร Double Kelvin Bridge ที่ใช้ในการวัด

เมกโอห์มมิเตอร์ (Meg Ohmmeter) ใช้วัดความต้านทานของสายไฟฟ้า (Cable) ที่มีค่าโอห์มมากๆ จ่ายแรงดันไฟฟ้าแรงสูงออกมา 100 V – 5000 V มีขดลวดควบคุม (Control Coil) ต่อที่ปลายทั้ง 2 ด้านของขดลวดเบี่ยงเบน (Deflection Coil) R1 คือ ความต้านทานมาตรฐาน (ใช้ปรับสเกล) R2 คือ ความต้านทานภายในมิเตอร์

ขดลวด A จะเบี่ยงเบนตามกระแสที่ไหลผ่าน Rx และ R2 ขดลวด B จะเบี่ยงเบนตรงกันข้ามกับขดลวด A คอยต้านการเคลื่อนที่ ถ้ามิเตอร์ชี้ที่กึ่งกลางสเกล 