Jembatan Wheatstone

• Tinggalkan komentar

Rangkaian jembatan wheatstone

Rangkaian jembatan mempunyai empat lengan resistif beserta sebuah sumber ggl (batere) dan sebuah detektor nol yang biasanya adalah galvanometer atau alat ukur arus sensitif lainnya. Arus melalui galvanometer pada beda potensial antara titik c dan d. Jembatan disebut setimbang bila beda potensial pada galvanometer adalah 0 V, artinya tidak ada arus melalui galvanometer. Kondisi ini terjadi bila tegangan dari titik c ke a sama dengan tegangan dari d ke a, atau dengan mendasarkan ke terminal lainnya, jika tegangan dari tiitk c ke b sama dengan tegangan dari titik d ke b. Jadi jembatan adalah setimbang jika:

I₁R₁ = I₂R₂                                                                             (2.1)

Jika arus galvanometer adalah nol, kondisi-kondisi berikut juga dipenuhi:

I₁ = I₃ = E /(R₁+R₃₎                                                           (2.2)

Dan

I₂ = I₄= E / (R₂+R4₎                                                             (2.3)

Dengan menggabungkan persamaan (2.1), (2.2) dan (2.3) dan menyederhanakannya diperoleh:

_{R1/(R1+R3) = R2/(R2+R4)}                                                                                (2.4)

 Atau

R₁R₄ = R₂R₃                                                                            (2.5)

Persamaan (2.5) merupakan bentuk yang telah dikenal dalam kesetimbangan jembatan Wheatstone. Jika tiga dari jembatan-jembatan tersebut diketahui, tahanan keempat dapat ditentukan dari persamaan (2.5). Berarti jika R₄ tidak diketahui, tahanannya R_x dapat dinyatakan oleh tahanan-tahanan yang lain, yaitu: tahanan R₃ disebut lengan standar dari jembatan dan tahanan R₂ dan R₁ disebut lengan-lengan pembanding. Pengukuran tahanan R_x yang tidak diketahui tidak bergantung pada karakterisasi atau kalibrasi galvanometer defleksi nol asalkan detektor nol tersebut mempunyai sensitivitas yang cukup untuk menghasilkan posisi setimbang jembatan pada tingkat presisi yang diperlukan.

Jembatan Wheatstone Portabel

Jembatan Wheatstone dipakai secara luas pada pengukuran presisi tahanan dari sekitar 1Ω sampai rangkuman mega ohm rendah. Sumber kesalahan utama terletak pada kesalahan batas dari ketiga tahanan yang diketahui. Kesalahan-kesalahan lain bisa mencakup:

1. Sensitivitas detektor nol yang tidak cukup
2. Perubahan tahanan lengan-lengan jembatan karena efek pemanasan arus melalui tahanan-tahanan tersebut. Efek pemanasan (I²R) dari arus-arus lengan jembatan dapat mengubah tahanan yang diukur. Kenaikan temperatur bukan hanya mempengaruhi tahanan selama pegukuran yang sebenarnya, tetapi arus yang berlebihan dapat mengakibatkan perubahan yang permanen bagi nilai tahanan. Hal ini tidak boleh terjadi, karena pengukuran-pengukuran selanjutnya akan menjadi salah karena itu disipasi daya dalam lengan-lengan jembatan harus dihitung sebelumnya sehingga arus dapat dibatasi pada nilai yang aman.
3. GGL termal dalam rangkaian jembatan atau rangkaian galvanometer dapat juga mengakibatkan masalah sewaktu mengukur tahanan-tahanan rendah. Untuk mencegah ggl termal, kadang-kadang galvanometer yang lebih sensitif dilengkapi dengan sistem kumparan tembaga dari sistem suspensi tembaga yakni untuk mencegah pemilikan logam-logam yang tidak sama yang saling kontak satu sama lain dan untuk mencegah terjadinya ggl termal.
4. Kesalahan-kesalahan karena tahanan kawat sambung dan kontak-kontak luar memegang peranan dalam pengukuran nilai-nilai tahanan yang sangat rendah.

Untuk menentukan apakah galvanometer mempunyai sensitivitas yang diperlukan untuk mendeteksi kondisi setimbang atau tidak, arus galvanometer perlu ditentukan. Galvanometer-galvanometer yang berbeda bukan hanya memerlukan arus satu per satuan defleksi yang berbeda (sensivitas arus), tetapi juga dapat mempunyai tahanan dalam yang berbeda. Adalah tidak mungkin mengatakan tanpa menghitung sebelumnya, galvanometer mana yang akan membuat rangkaian jembatan lebih sensitif terhadap suatu kondisi tidak setimbang. Sensitivitas ini dapat ditentukan dengan memecahkan “persoalan” rangkaian jembatan pada ketidaksetimbangan yang kecil. Pendekatan ini didekati dengan mengubah jembatan Wheatstone menjadi rangkaian Thevenin.