⚡ Wheatstone Bridge – Principle and its Application (वीटस्टोन ब्रिज: सिद्धांत और इसके अनुप्रयोग)

Power Electrician – Basic Electrical Practice 🛠️ Related Theory for Exercise 1.3.34

🎯 Objectives (उद्देश्य):

इस पाठ (lesson) के अंत में आप निम्नलिखित कार्यों में सक्षम होंगे:

  • वीटस्टोन ब्रिज सर्किट, उसकी बनावट (construction), कार्य (function) और उपयोग (uses) को बताना। 📝
  • वीटस्टोन ब्रिज द्वारा अज्ञात प्रतिरोध (Unknown Resistance) का मान निर्धारित करना। 🔍

🔍 वीटस्टोन ब्रिज द्वारा अज्ञात प्रतिरोध का निर्धारण (For determining the unknown resistance by Wheatstone Bridge):

अज्ञात प्रतिरोध (Unknown Resistance) को मापने के लिए दो मुख्य शर्तें (Conditions) जरूरी हैं:

  • ब्रिज कनेक्शन (bridge connection) के माध्यम से बहने वाला करंट शून्य (zero) होना चाहिए। 🚫⚡
  • अन्य तीन प्रतिरोधों (resistances) के मान बिल्कुल सटीक और ज्ञात (precisely known) होने चाहिए।

❓ ब्रिज कनेक्शन में करंट नहीं बह रहा है, यह कैसे पता करें? (How to find no current flows through the bridge connection?):

एक ऐसा उपकरण (instrument) जो कुछ Micro-Amperes (एक एम्पीयर का दस लाखवां हिस्सा) के प्रवाह को भी दर्शा सके, उसे Galvanometer (गैल्वेनोमीटर) कहा जाता है। इसका उपयोग यह जांचने के लिए किया जाता है कि सर्किट संतुलित (balanced) है या नहीं। कुछ गैल्वेनोमीटर ऐसे होते हैं जो केवल 25 microamperes पर ही फुल स्केल डिफ्लेक्शन (full scale deflection) देते हैं। 📉

🛠️ प्रोफेशनल वीटस्टोन ब्रिज की कार्यप्रणाली (Working of Professional Wheatstone Bridges):

प्रोफेशनल वीटस्टोन ब्रिज में, गैल्वेनोमीटर के साथ एक Parallel Resistance (पैरेलल रेजिस्टेंस) और एक Switch दिया जाता है।

  • ब्रिज कनेक्शन केवल एक Push Button दबाकर बनाया जाता है। इससे यूजर मीटर के क्षणिक विक्षेपण (momentary deflection) की जांच कर सकता है। 🔘
  • यदि विक्षेपण (deflection) बहुत अधिक है, तो वेरिएबल रेजिस्टर (variable resistor) का एडजस्टमेंट किया जाता है।
  • वेरिएबल रेजिस्टेंस का अंतिम और सटीक एडजस्टमेंट गैल्वेनोमीटर के Shunt Resistor को खुला (open) रखकर किया जाता है। ⚙️

📏 ब्रिज की भुजाएं और सटीकता (The arms of the bridge and accuracy):

ब्रिज की तीन भुजाएं (arms) Standard/Precision Resistors से बनी होती हैं।

  • माप की सटीकता (accuracy) बढ़ाने के लिए Contact Resistance को बहुत कम रखा जाता है।
  • संक्षेप में, गैल्वेनोमीटर का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि ब्रिज कनेक्शन के माध्यम से करंट शून्य है, यानी दोनों पैरेलल ब्रांच में Equipotential Points (समान विभव वाले बिंदु) हैं जो ब्रिज कनेक्टर द्वारा जुड़े हुए हैं। ⚖️

Note: इस अरेंजमेंट का नाम इसके आविष्कारक के नाम पर रखा गया है और इसे Wheatstone Bridge कहा जाता है।

📊 उपयोग और गणना (Uses and Calculations):

वीटस्टोन ब्रिज का उपयोग लगभग 1.0 ohm से 1.0 megohm की सीमा (range) में माप के लिए किया जाता है।

  • Fig 1 में: रेजिस्टर P, Q और S उपकरण के आंतरिक (internal) हिस्से हैं।
  • R वह अज्ञात रेजिस्टर (unknown resistor) है जिसका मान मापा जाना है। 🔍

संतुलन की स्थिति (Balanced Condition): उपकरण को तब तक एडजस्ट किया जाता है जब तक कि अनुपात (ratio) निम्नलिखित न हो जाए: $$\frac{R}{S} = \frac{Q}{P}$$

यह गैल्वेनोमीटर पर Zero Reading द्वारा दर्शाया जाता है जब उसका स्विच ‘Closed’ स्थिति में होता है। ✅

🔢 गणना का तरीका (Method of Calculation):

  • रेजिस्टर्स P और Q को Ratio Arms कहा जाता है। P और Q को स्टेप्स में बदला जाता है ताकि वैल्यू की एक रेंज मिल सके।
  • ‘S’ की वैल्यू Decade Resistance S (Fig 2) द्वारा सेट की जाती है।
  • Formula: $$R = \frac{Q}{P} \times S$$

महत्वपूर्ण जानकारी:

  • गणना की आसानी के लिए $Q/P$ अनुपात को 1, 10, 100 या 1,000 के रूप में व्यवस्थित किया जाता है। 📉
  • S एक वेरिएबल रेजिस्टेंस है। चार डिकेड रेजिस्टेंस (four decade resistances) सीरीज में जुड़े होते हैं। S की वैल्यू को 1.0 ohm से 9999 ohms तक 1 ohm के स्टेप्स में सेट किया जा सकता है।

💡 उदाहरण (Example):

मान लीजिए:

  • $P = 10 \text{ ohm}$
  • $Q = 100 \text{ ohm}$
  • $S = 7 \text{ ohm}$

तो Rx की गणना इस प्रकार होगी: $$R_x = \frac{S \times Q}{P}$$ $$R_x = \frac{7 \times 100}{10} = \mathbf{70\Omega}$$

अतः, अज्ञात रेजिस्टेंस का मान 70 ओम है। ⚡✅

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Instructor’s Note: छात्रों को यह जरूर बताएं कि गैल्वेनोमीटर में ‘Zero Deflection’ का मतलब है कि ब्रिज संतुलित है और कोई करंट प्रवाहित नहीं हो रहा है। 👨‍🏫📖

 

 
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