ΑΣΠΑΙΤΕ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ ΣΟΦΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΜΑΡΙΑ ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ ΣΟΦΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΜΑΡΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ:ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Η/Υ

ΓΕΦΥΡΑ WHEATSTONE ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ : Εισαγωγικά στοιχεία Γέφυρα wheatstone Θεωρητική επίλυση κυκλώματος Γέφυρα wheatstone με χορδή Χάρτης εννοιών Βιβλιογραφία Τέλος εργασίας ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ 3

Εισαγωγικά στοιχεία Οι γέφυρες χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση αντιστάσεων, πυκνωτών, αυτεπαγωγών σύνθετων αντιστάσεων, συχνότητας και άλλων παραμέτρων των κυκλωμάτων. Η μέτρηση με γέφυρα έχει μεγάλη ακρίβεια επειδή η έξοδος της μετράται με τη μέθοδο του ενδείκτη μηδενισμού που είναι ανεξάρτητος από τα χαρακτηριστικά και τη βαθμονόμηση του ενδείκτη μηδενισμού. Ο κάθε τύπος AC γέφυρας χρησιμοποιείται κατάλληλα για τη μέτρηση ενός ή περισσότερων στοιχείων, όπως αντίσταση ραδιοσυχνότητας, αuτεπαγωγή χωρητικότητα, κλπ. Οι γέφυρες συνεχούς ρεύματος αποτελούνται από ωμικές αντιστάσεις.Η πλέον χρησιμοποιούμενη γέφυρα συνεχούς ρεύματος είναι η γέφυρα Wheatstone. Μια παραλλαγή της είναι η γέφυρα Wheatstone με χορδή. Στη μέτρηση αντιστάσεων πολύ μικρής τιμής(<1Ω)χρησιμοποιείται η γέφυρα Thomson. Στην ανίχνευση της κατάστασης ισορροπίας χρησιμοποιείται ένα γαλβανόμετρο. ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ 4

Το γαλβανόμετρο είναι ένα αμπερόμετρο με πολύ μεγάλη ευαισθησία, το οποίο έχει το μηδέν στο μέσο της κλίμακας. Το όργανο μέτρησης του Q, που λειτουργεί σε επιλεγμένες περιοχές ραδιοσυχνοτήτων, χρησιμοποιείται για να μετρήσουμε πρακτικά κάθε παθητικό στοιχείο του κυκλώματος. Το όργανο αυτό είναι εύκολο στη χρήση του και λειτουργεί σε μεγάλη περιοχή μετρήσεων Το όργανο grid-dip, που αποτελείται από έναν ταλαντωτή ραδιοσυχνοτήτων (RF) και ένα μιλλιαμπερόμετρο dc είναι σημαντικό στο πεδίο των μετρήσεων. Επιπλέον χρησιμοποιείται και σαν γεννήτρια σήματος RF ή σαν όργανο κύματος.Ο τεχνικός ή ο μηχανικός για να κάνει μια σωστή μέτρηση, θα πρέπει να διαλέξει το κατάλληλο όργανο για την κάθε περίπτωση και να χρησιμοποιήσει σωστά το όργανο που επέλεξε. ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ 5

Γέφυρα wheatstone Χαρακτηριστικό γνώρισμα ενός αγωγού είναι η αντίστασή του. Η αντίσταση R ορίζεται σαν το πηλίκο της διαφοράς δυναμικού που εφαρμόζουμε στα άκρα ενός αγωγού προς την προκύπτουσα ένταση. Όταν εργαζόμαστε με τα πραγματικά κυκλώματα, θα πρέπει συχνά να μετρούμε τις τάσεις και τα ρεύματα. Ένα αμπερόμετρο είναι ένα όργανο που μετρά το ρεύμα. Τοποθετείται σε σειρά με το στοιχείο του κυκλώματος του οποίου το ρεύμα μετριέται. Ιδανικά ένα αμπερόμετρο πρέπει να έχει αντίσταση 0 Ω ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ 6

Ένα ιδανικό βολτόμετρο έχει μια άπειρη ισοδύναμη αντίσταση Ένα βολτόμετρο είναι ένα όργανο που μετρά την τάση. Τοποθετείται παράλληλα με το στοιχείο του οποίου η τάση μετριέται. Ένα ιδανικό βολτόμετρο έχει μια άπειρη ισοδύναμη αντίσταση Ακριβής μέτρηση μιας αντίστασης γίνεται με την γέφυρα Wheatstone. R3 R2 R4 R1 ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ 7

Αποτελείται από τέσσερις αντιστάσεις, μια πηγή dc (μπαταρία) και από ένα φωρατή μηδενισμού που συνήθως είναι ένα γαλβανόμετρο. Το ρεύμα που διέρχεται από το γαλβανόμετρο εξαρτάται από τη διαφορά δυναμικού των σημείων γ και δ. Η γέφυρα είναι σε ισορροπία όταν από το γαλβανόμετρο δεν περνάει ρεύμα, δηλαδή όταν η διαφορά δυναμικού στα άκρα του γαλβανομέτρου είναι 0V. Τούτο συμβαίνει όταν η τάση στα σημεία α, γ είναι ίση με την τάση των σημείων δ, α ή αν αναφερθούμε στο άλλο άκρο της μπαταρίας, όταν η τάση των σημείων γ, β είναι ίση με την τάση των σημείων δ, β. Γαλβανόμετρο Πηγή dc ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ 8

Συνεπώς όταν ισορροπεί η γέφυρα,είναι: I1R1=I2R2 4.1 I1=I3=E/(R1+R3 ) 4.2 KAI I2=I4=E/(R2+RX ) 4.3 Aπο τις εξισώσεις 4.1, 4.2 και 4.3 προκύπτει: R1E/(R1+R3)=R2E/(R2+RX) => R1/(R1+R3)=R2/(R2+RX) => R1RX=R2R3 4.4 Η εξίσωση 4.4 είναι η εξίσωση ισορροπίας της γέφυρας. Από την εξίσωση αυτή προκύπτει : RX =(R2R3)/R1 4.5 όπου R3 ονομάζεται σταθερός βραχίονας και οι R1, R2 ονομάζονται βραχίονες λόγου της γέφυρας. Η μέτρηση της άγνωστης αντίσταση Rx είναι ανεξάρτητη από τα χαρακτηριστικά ή τη βαθμονόμηση του φωρατή μηδενισμού (γαλβανόμετρο), αρκεί ο φωρατής να έχει αρκετή ευαισθησία για να δείξει τη θέση ισορροπίας της γέφυρας, με τον απαιτούμενο βαθμό ακριβείας. Η γέφυρα Wheatstone χρησιμοποιείται για μετρήσεις ακριβείας, αντιστάσεων περίπου από 1Ω έως λίγα ΜΩ. ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ 9

Η κύρια πηγή του σφάλματος μέτρησης βρίσκεται στα σφάλματα των τριών αντιστάσεων. Άλλα σφάλματα είναι: η ανεπαρκής ευαισθησία του φωρατή μηδενισμού και οι μεταβολές των αντιστάσεων της γέφυρας λόγω θερμότητας, από τα ρεύματα που τις διαρέουν. ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ 10

ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ Θεωρητική επίλυση κυκλώματος Για τιμή άγνωστης αντίστασης 500Ω και με βάση τον τύπο υπολογισμού που προαναφέρθηκε μπορούμε να υπολογίσουμε τις τιμή της μεταβλητής R3 για την οποία η γέφυρα θα ισορροπεί, για διάφορες τιμές των R2 & R1 όπως φαίνεται στον πίνακα που ακολουθεί: Rx(Ω) R2(Ω) R1(Ω) R3(Ω) 500 100 157 785 50 1570 200 392,5 ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ

ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ Γέφυρα wheatstone με χορδή Μια παραλλαγή της γέφυρας Wheatstone είναι η γέφυρα Wheatstone με χορδή (Σχ. 4.3). Στη γέφυρα αυτή οι αντιστάσεις R2 και R4 έχουν αντικατασταθεί από μια χορδή, πάνω στην οποία ολισθαίνει ένας δρομέας. Η αντίσταση της χορδής μεταξύ των σημείων α και δ, με μήκος l2, αποτελεί την R2. Η αντίσταση της χορδής μεταξύ των σημείων δ και γ, με μήκος l4, αποτελεί τηνR4. Η χορδή είναι κατασκευασμένη από ομοιόμορφο μεταλλικό υλικό, έτσι ώστε να ισχύει: I2/I4 = R2/R4 Αρα Rx= (I2/I4)*R3.Στις πρακτικές γέφυρες Wheatstone με χορδή η τιμή της αντίστασης R3 επιλέγεται στην ίδια τάξη μεγέθους με την άγνωστη αντίσταση και ο μηδενισμός του ρεύματος στο γαλβανόμετρο επιτυγχάνεται με την ολίσθηση του δρομέα πάνω στη χορδή. χορδή ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ

ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ Χάρτης εννοιών ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ

ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ Βιβλιογραφία Εργασίας : Φυλλάδια εργαστιρίου internet ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ

ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ Τέλος Εργασίας ΣΟΦΙΑ ΜΙΧΑΛΟΓΛΟΥ & ΜΑΡΙΑ ΤΟΥΤΟΥΚΗ