บริดจ์คือ วงจรไฟฟ้า ที่ประกอบด้วยสามสาขาที่เชื่อมต่อกันที่จุดร่วม และสามารถปรับค่าบริดจ์กลางที่มีอยู่ได้ บริดจ์ส่วนใหญ่ใช้ในห้องปฏิบัติการไฟฟ้าเพื่อวัดค่าพารามิเตอร์ต่างๆ และในการประยุกต์ใช้งาน เช่น การกรอง เชิงเส้นและไม่เชิงเส้นเป็นต้น บริดจ์ แบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ บริดจ์กระแสตรง เช่น บริดจ์วีทสโตน บริดจ์คู่เคลวิน บริดจ์เมกะโอห์ม และบริดจ์กระแสสลับ เช่น ความเหนี่ยวนำ ความจุ และความถี่ สำหรับการวัดค่าความต้านทานที่มีค่าน้อย เช่น 1 โอห์ม เราสามารถใช้โอห์มมิเตอร์หรือบริดจ์วีทสโตนก็ได้ แต่ในกรณีที่ค่าความต้านทานน้อยกว่า 1 โอห์ม การวัดค่าจะยาก ดังนั้น เราจึงใช้ตัวต้านทานที่มีค่าน้อยกว่า ตัวต้านทานแบบละเอียด 2 ตัว และแอมมิเตอร์กระแสสูง เพื่อสร้างตัวต้านทานสี่ขั้ว ซึ่งกระแสจะไหลผ่านวงจร จากนั้นสามารถวัดแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานได้โดยใช้กั ลวาโนมิเตอร์ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วจะเป็นตัวต้านทานสี่ขั้วที่เรียกว่าบริดจ์เคลวิน

Kelvin Double Bridge คืออะไร?

คำจำกัดความ: สะพานเคลวิน หรือสะพานเคลวินคู่ เป็น สะพานวีทสโตน รุ่นปรับปรุง ซึ่งสามารถวัดค่าความต้านทานได้ในช่วง 1 ถึง 0.00001 โอห์ม ด้วยความแม่นยำสูง ชื่อนี้มาจากการใช้ชุดแขนอัตราส่วนอีกชุดหนึ่งและกัลวาโนมิเตอร์ในการวัดค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่า การทำงานพื้นฐานของสะพานเคลวินคู่สามารถเข้าใจได้จากโครงสร้างและการทำงานของสะพานเคลวินขั้นพื้นฐาน

หลักการของสะพานเคลวิน

สะพานวีทสโตนใช้สำหรับวัดความต้านทานที่เท่ากับหรือมากกว่า 1 โอห์ม แต่หากต้องการวัดความต้านทานที่ต่ำกว่า 1 โอห์ม การวัดจะทำได้ยาก เนื่องจากสายที่เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์จะรวมความต้านทานของอุปกรณ์เข้ากับความต้านทานของสาย ทำให้ค่าความต้านทานจริงของการวัดเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น เพื่อแก้ปัญหานี้ เราจึงสามารถใช้สะพานดัดแปลงที่เรียกว่าสะพานเคลวิน

การหาค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่า

สะพานเคลวินมีความต้านทาน “r” ซึ่งเชื่อมต่อ “R” ( ตัวต้านทาน ที่ไม่ทราบค่า ) เข้ากับตัวต้านทานมาตรฐาน “S” ค่าความต้านทานสามารถดูได้จากกัลวาโนมิเตอร์ (จาก “m ถึง n”) หากเข็มชี้ในกัลวาโนมิเตอร์แสดงที่ “m” หมายความว่าค่าความต้านทานมีค่าน้อย และหากเข็มชี้แสดงที่ “n” หมายความว่าค่าความต้านทานมีค่าสูง ดังนั้น การเชื่อมต่อกัลวาโนมิเตอร์กับ “m และ n” จึงเป็นการเลือกจุดกึ่งกลาง “d” อีกจุดหนึ่งในสะพานเคลวิน ดังแสดงในรูป

ค่าความต้านทานสามารถคำนวณได้ดังนี้

มาจากไหน1

‍

เรารู้ว่า r1+r2 =r

จากสมการข้างต้น เราสามารถพูดได้ว่าการเชื่อมต่อกัลวาโนมิเตอร์ที่จุด "d" จะไม่มีผลต่อการวัดค่าความต้านทานจริง แต่ข้อเสียเพียงอย่างเดียวของกระบวนการนี้คือทำได้ยาก ดังนั้นเราจึงใช้สะพานคู่เคลวินเพื่อให้ได้ค่าความต้านทานต่ำที่แม่นยำ

แผนผังวงจรของสะพานคู่เคลวิน

สะพานคู่เคลวินมีโครงสร้างคล้ายกับสะพานหินข้าวสาลี แต่ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือประกอบด้วยแขน 2 แขน คือ “P & Q” และ “p & q” โดยแขน “p & q” เชื่อมต่อกับปลายด้านหนึ่งของกัลวาโนมิเตอร์ที่ตำแหน่ง “d” และ “P & Q” เชื่อมต่อกับปลายอีกด้านหนึ่งของกัลวาโนมิเตอร์ที่ตำแหน่ง 'b' การเชื่อมต่อนี้ช่วยลดผลกระทบของการต่อสายนำไฟฟ้า และตัวต้านทานที่ไม่ทราบค่า R และตัวต้านทานมาตรฐาน S จะถูกวางไว้ระหว่าง “m และ n” และ “a และ c”

ที่มา

อัตราส่วน p/q = P/Q,

ภายใต้สภาวะสมดุล กระแสในแกลวาโนมิเตอร์ = 0

ความต่างศักย์ที่ a และ b = แรงดันตกระหว่าง Eamd

เมื่อกัลวาโนมิเตอร์แสดงค่าเป็นศูนย์แล้ว

‍

เรารู้ว่า P/Q = p/q

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สมบูรณ์แบบ ควรรักษาอัตราส่วนของแขนให้เท่ากัน และสามารถลดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกที่เหนี่ยวนำในบริดจ์ขณะอ่านค่าได้โดยการสลับขั้วของจุดเชื่อมต่อ ดังนั้นจึงสามารถหาค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่าได้จากแขนทั้งสอง โดยทั่วไปจะวัดค่าได้ตั้งแต่ 1 ถึง 0.00001 โอห์ม โดยมีความแม่นยำ ± 0.05% ถึง ±0.2% และเพื่อให้ได้ความไว กระแสไฟฟ้าที่จ่ายควรมีขนาดใหญ่

ข้อดี

ข้อดีคือ

• สามารถวัดค่าความต้านทานได้ในช่วง 0.1 µA ถึง 1.0 A
• การใช้พลังงานน้อยลง
• เรียบง่ายในการก่อสร้าง
• มีความไวสูง

ข้อเสีย

ข้อเสียคือ

• ในการทราบว่าสะพานสมดุลหรือไม่ จึงใช้กัลวาโนมิเตอร์ที่มีความไวสูง
• เพื่อให้ได้ความไวที่ดีของอุปกรณ์ จำเป็นต้องใช้กระแสไฟสูง
• ต้องทำการปรับด้วยตนเองเป็นระยะๆ เมื่อจำเป็น

แอปพลิเคชัน

การประยุกต์ใช้งานสะพานคู่เคลวินคือ

• ใช้ในการวัดค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่าของสายไฟ

คำถามที่พบบ่อย

1) สะพานมีกี่ประเภท?

โดยทั่วไปสะพานจะถูกแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ สะพาน DC (สะพาน Wheatstone, สะพาน Kelvin Double, สะพาน Mega Ohm) และสะพาน AC (เหนี่ยวนำ ความจุ ความถี่)

2). ทำไมจึงใช้สะพานคู่เคลวิน?

สะพานคู่เคลวินเป็นรูปแบบดัดแปลงของสะพานวีทสโตน ซึ่งใช้ในการวัดค่าความต้านทานที่ต่ำกว่าในช่วง 1 ถึง 0.00001 โอห์ม

3). เหตุใดจึงใช้ Kelvin double bridge เพื่อวัดความต้านทานต่ำ?

ขณะวัดค่าความต้านทานต่ำ ความต้านทานของหน้าสัมผัสและสายนำทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการอ่านค่าอย่างมาก ดังนั้นเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดนี้จึงใช้สะพานคู่เคลวิน

4). ความแตกต่างระหว่าง Wheatstone กับ Kelvin Double Bridge คืออะไร?

สะพานวีทสโตนวัดค่าความต้านทานที่มากกว่าหรือเท่ากับ 1 โอห์มโดยการปรับสมดุลวงจร ในขณะที่สะพานคู่เคลวินเป็นรูปแบบที่ดัดแปลงของวีทสโตน ซึ่งใช้ในการวัดค่าความต้านทานที่ต่ำกว่าในช่วง 1 ถึง 0.00001 โอห์ม

5) เมื่อสะพานสมดุล กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านกัลวาโนมิเตอร์เท่าใด

กระแสไฟฟ้า '0' ศูนย์จะไหลผ่านสะพานเมื่อสะพานมีความสมดุล

6) ผลของโหลดและความต้านทานการสัมผัสในสะพานเคลวินคืออะไร

ไม่มีผลของโหลดและความต้านทานการสัมผัสในสะพานเคลวิน เนื่องจากสะพานไม่ขึ้นอยู่กับโหลดและความต้านทานการสัมผัส

7). ความแม่นยำของ Kelvin Double Bridge คือเท่าไร?

สามารถหาค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่าได้จากแขนทั้งสองของสะพานคู่เคลวิน โดยทั่วไปจะวัดได้ 1-0.00001 โอห์ม โดยมีความแม่นยำ ± 0.05% ถึง ±0.2%

บริดจ์คือวงจรไฟฟ้าที่ใช้กันในพรรคแรงงานเพื่อวัดค่าพารามิเตอร์ต่างๆ โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ บริดจ์กระแสตรง (Wheatstone Bridge, Kelvin Double Bridge, Mega Ohm Bridge) และบริดจ์กระแสสลับ (Inductance, Capacitance, Frequency) บทความนี้จะอธิบายภาพรวมของบริดจ์กระแสสลับ (Kelvin double bridge) บริดจ์เคลวิน หรือ บริดจ์คู่เคลวิน เป็นเวอร์ชันดัดแปลงของบริดจ์วีทสโตน ซึ่งสามารถวัดค่าความต้านทานได้ในช่วง 1 ถึง 0.00001 โอห์ม โดยมีความแม่นยำ ± 0.05% ถึง ±0.2% ข้อดีหลักของบริดจ์นี้คือสามารถวัดค่าความต้านทานได้แม้ค่าเล็กน้อย