5.6.2 גשר וויטסטון
(Wheatstone Bridge)
אחת מן השיטות המדויקות ביותר למדידת התנגדויות היא מדידה בעזרת מעגל הנקרא בשם גשר ויטסטון. שיטה זו מתבססת גם היא, על מדידה עקיפה של התנגדויות, אך ההבדל הוא בדיוק המדידה הגבוה המתקבל בשיטה זו.
כדי להבין את אופן פעולת המדידה נתבונן במערכת שלפנינו (איור 5.7).
איור 5.7
ערכה זו (הבנויה לצורך לימוד והבנת הנושא בלבד) מכילה כמה אלמנטים:
1. מפסק יחיד ON/OFF להפעלת הערכה.
2. מד זרם אנלוגי רגיש במיוחד (מסוגל למדוד זרמים נמוכים מאוד בסדרי גודל של µA). מד זרם זה נקרא בשם גלוונומטר.
3.נגד משתנה Rp (אפשר לקרוא את ערכו בכל רגע נתון). הערכה המוצגת באיור 5.7 היא ערכה זולה לצורכי לימוד, לכן משתמשים בנגד משתנה זול, שאינו מדויק במיוחד. במכשירים מעבדתיים משתמשים בנגדים מדויקים ורגישים יותר ובכך משפרים את דיוק המדידה.
4. שני הדקים A ו- B, שאליהם מתחבר הנגד שאותו רוצים למדוד Rx.
5. שני נגדים קבועים R1 ו- R2 שהיחס ביניהם קבוע וידוע מראש.
מובן שבתוך המכשיר יש מקור מתח להפעלת המערכת.
עקרון פעולת המכשיר:
עם הפעלת המכשיר תופיע קריאה של זרם על גבי הגלוונומטר. את הרכיב שיש למדוד נחבר בין ההדקים A ו- B כעת, יהיה עלינו לשנות את ערכו של הנגד המשתנה Rp שקריאת מד הזרם תראה אפס. במצב זה נאמר ש:
מכאן אפשר לחשב את ערכו של Rx (מדידה עקיפה), באמצעות הנוסחה:
מאחר שערכי הנגדים R1 ו- R2 ידועים מראש, אפשר להציב ולקבל את ערכו של Rx (כפי שמופיעה בנוסחה לחישוב על הערכה שמתוארת באיור 5.7).
מבחינה חשמלית המערכת בנויה כמתואר באיור 5.8.
איור 5.8
מערכת זו נקראת בשם גשר ויטסטון. במצב שבו מד הזרם מראה אפס, אפשר לומר שהגשר מאוזן. רק כשהגשר מאוזן אפשר להשתמש ביחס של מכפלת נגדים אלכסונים שווה למכפלת נגדים אלכסונים נגדיים:
(5.6)