Wheatstone Köprüsü Kullanım Alanları ve Yapısı
Wheatstone köprüsü genellikle yüksek hassasiyetli direnç ölçümlerinin gerekli olduğu durumlarda kullanılan bir direnç köprüsüdür.
Wheatstone köprüsü ile direnç ölçme prensip olarak bilinmeyen bir direnci, bilinen direnç ile kıyaslama esasına dayanır.
Yukarıdaki devrede görülen, S anahtarı dirençlerden sürekli akım geçmesini önleyen kalıcı tip bir anahtardır. Bilinmeyen direnç köprüye bağlandıktan sonra kapatılır. Ölçme işlemi bittiğinde açılır.
Sö köprüyü dengeye getirme işlemi sırasında kullanılan, galvonometreden sürekli akım geçmesini engelleyen bir butondur.
Birbirine seri, kaynağa paralel bağlı olan R1 ve R2 gerilim bölücü dirençlerdir.Genellikle bu iki direncin toplam değeri sabit tutulur ancak istenilen herhangi bir değer de seçilebilir.
- RX değeri bilinmeyip, ölçülmeye çalışılan dirençtir.
- RS köprüyü dengeye getirmek için kullanılan değeri bilinen değiştirilebilir değişken bir dirençtir.
- A-B kaynağın bağlandığı, köprünün giriş uçlarıdır.
- C-D galvonometrenin bağlandığı, köprünün çıkış uçlarıdır.
- Galvanometre içerisinden geçen akıma bağlı olarak ibresi sapan bir miliampermetredir.
Wheatstone köprüsü Formülü ve Çalışma Şekli
İlk olarak köprüdeki 4 direncin birbirine eşit olduğunu düşünelim. Bu durumda S anahtarı kapatıldığında kaynaktan gelen akım iki paralel kola eşit olarak bölünecektir. Çünkü paralel kollardaki seri dirençler ve bunların toplamı bir birine eşittir.
Eşit dirençlerden eşit akımlar geçtiğine göre, bu dirençler üzerinde oluşan gerilim düşümleri de eşit olacaktır. Örnekte kaynak gerilimi 10 V olduğuna göre dirençlerin her birisinde 5 V gerilim düşümü oluşur. Bunun sonucu köprünün çıkış uçları olan C-D noktalarının potansiyelleri toprağa göre birbirine eşit ve 5 V olacaktır.
İki nokta arasında potansiyel farkı olmadığına göre SÖ ölçme butonuna basılsa bile galvonometreden akım geçmez ve dolayısı ile ibresi sapmaz.Galvonometre ibresinin sapmaması köprünün dengede olduğunu gösterir. Wheatstone köprüsü ile bilinmeyen direnç hesabında,bu formül kullanılır.
Formül incelendiğinde R1 ve R2 birbirine eşit alınmış ise, köprünün denge durumunda bilinmeyen Rx direncinin, ayarlanan Rs direncine eşit olduğu görülecektir.
Şimdi R1= 1K, R2= 2K seçildiğini, köprünün de Rs= 4K yapıldığında dengeye geldiğini düşünelim. Kaynak gerilimi de bu kez 9 V olsun.
Bu durumda R1 üzerinde 3V, R2 üzerinde 6V gerilim düşümü olacaktır. O halde D noktasının toprağa göre potansiyeli 6V’dur. Köprü dengede olduğuna göre C noktasının potansiyeli de 6V dur. Bu da bize Rx üzerinde düşen gerilimin 3V, Rs üzerinde düşen gerilimin 6V olduğunu anlatır.
Rx üzerinde düşen gerilim, Rs üzerinde düşen gerilimin yarısı olduğuna göre, Rx de, Rs nin yarısı, yani 2K olacaktır.
Aynı sonucu formül kullanarak da bulabiliriz:
