Jembatan Wheatstone Penjelasan Teori Prinsip kerja Aplikasi

Inti dari ilmu pengetahuan adalah pengukuran, dan untuk pengukuran rangkaian jembatan digunakan untuk mencari semua jenis parameter kelistrikan dan elektronika.  

Kami telah mempelajari tentang beberapa jembatan dalam Pengukuran dan Instrumentasi Listrik dan Elektronika.  Eddy Current Penjelasan Serta Penerapan

Di bawah ini menunjukkan berbagai jembatan dengan penggunaannya:

• Wheatstone untuk mengukur resistensi yang tidak diketahui
• Anderson untuk mengukur induktansi diri dari kumparan
• De-sauty untuk mengukur nilai Kapasitansi yang sangat kecil
• Maxwell untuk mengukur induktansi yang tidak diketahui
• Kelvin digunakan untuk mengukur resistor listrik yang tidak diketahui di bawah 1 ohm.
• Pengukuran kapasitansi dalam hal resistansi dan frekuensi
• Pengukuran jerami dari induktor tidak diketahui dengan nilai tinggi

Di sini, kita akan berbicara tentang jembatan Wheatstone yang digunakan untuk pengukuran hambatan yang tidak diketahui.  

Multimeter digital sekarang-a-days membantu mengukur hambatan dengan cara yang sederhana.  

Namun keunggulan jembatan Wheatstone selama ini adalah memberikan pengukuran nilai resistansi yang sangat rendah dalam kisaran mili-ohm.

Jembatan Wheatstone

Samuel Hunter Christie menemukan jembatan Wheatstone pada tahun 1833 dan jembatan ini diperbaiki dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. 

Jembatan Wheatstone adalah interkoneksi dari empat hambatan yang membentuk sebuah jembatan. Empat hambatan di sirkuit disebut sebagai lengan jembatan.  

Jembatan digunakan untuk menemukan nilai resistansi yang tidak diketahui yang terhubung dengan dua resistor yang diketahui, satu resistor variabel dan galvanometer.  

Untuk mengetahui nilai resistansi yang tidak diketahui maka defleksi pada galvanometer dibuat menjadi nol dengan mengatur resistor variabel.  

Titik ini dikenal sebagai titik keseimbangan jembatan Wheatstone.

Penurunan Rumus 

Seperti yang bisa kita lihat pada gambar, R1 dan R2 dikenal sebagai resistor. R3 adalah resistor variabel dan Rx adalah resistansi yang tidak diketahui.  

Jembatan terhubung dengan sumber DC (baterai). Pengertian Baterai serta Jenis Jenis Baterai 

Sekarang jika Jembatan dalam keadaan seimbang maka seharusnya tidak ada arus yang mengalir melalui galvanometer dan arus I1 yang sama akan mengalir melalui R1 dan R2.  

Hal yang sama berlaku untuk R3 dan Rx, artinya aliran arus (I2) melalui R3 dan Rx akan tetap sama.  

Maka di bawah ini adalah perhitungan untuk mengetahui nilai resistansi yang belum diketahui pada saat jembatan dalam kondisi Balanced (tidak ada arus yang mengalir antara titik C dan D).

V = IR (menurut hukum ohm)

VR1 = I1 * R1 ... persamaan (1)

VR2 = I1 * R2 ... persamaan (2)

VR3 = I2 * R3 ... persamaan (3)

VRx = I2 * Rx ... persamaan (4)

Penurunan tegangan pada R1 dan R3 sama dan penurunan tegangan pada R2 dan R4 juga sama pada kondisi jembatan berimbang.

I1 * R1 = I2 * R3 ... persamaan (5)

I1 * R2 = I2 * Rx ... persamaan (6)

Tentang membagi persamaan (5) dan persamaan (6)

R1 / R2 = R3 / Rx

Rx = (R2 * R3) / R1

Jadi, dari sini kita mendapatkan nilai Rx yang merupakan resistansi yang tidak diketahui dan karenanya inilah cara jembatan Wheatstone membantu dalam pengukuran resistansi yang tidak diketahui.

Cara kerja

Praktisnya, resistansi variabel disesuaikan hingga nilai arus yang melalui galvanometer menjadi nol.  

Pada titik tersebut, jembatan tersebut dinamakan Jembatan Balanced Wheatstone.  

Mendapatkan arus nol melalui galvanometer memberikan akurasi tinggi, karena perubahan kecil pada resistansi variabel dapat mengganggu kondisi keseimbangan.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, ada empat hambatan di jembatan R1, R2, R3 dan Rx. Dimana R1 dan R2 adalah resistor yang tidak diketahui, R3 adalah resistansi variabel dan Rx adalah resistansi yang tidak diketahui.  

Jika rasio resistor yang diketahui sama dengan rasio resistansi variabel yang disesuaikan dan resistansi yang tidak diketahui, dalam kondisi itu tidak ada arus yang akan mengalir melalui galvanometer.

Pada kondisi seimbang,

R1 / R2 = R3 / Rx

Sekarang, pada titik ini kita sudah memiliki nilai R1, R2 dan R3 sehingga mudah untuk mencari nilai Rx dari rumus di atas.

Dari kondisi diatas,

Rx = R2 * R3 / R1

Oleh karena itu, nilai resistansi yang tidak diketahui dihitung melalui rumus ini, mengingat arus yang melalui Galvanometer adalah Nol.

Jadi kita perlu mengatur potensiometer sampai titik di mana tegangan pada C dan D akan sama, dalam kondisi itu arus yang melalui titik C dan D akan menjadi nol dan pembacaan Galvanometer akan menjadi Nol, pada posisi tersebut Jembatan Wheatstone akan dipanggil Kondisi seimbang. Operasi lengkap ini dijelaskan dalam Video Diberikan di bawah ini:

Contoh

Mari kita ambil contoh untuk memahami konsep jembatan Wheatstone, saat kita mengambil jembatan tak seimbang untuk menghitung nilai yang sesuai untuk Rx (hambatan tidak diketahui) untuk menyeimbangkan jembatan.  

Seperti yang kita ketahui jika selisih penurunan tegangan pada titik C dan D bernilai nol maka jembatan dalam keadaan seimbang.

Menurut diagram sirkuit,

Untuk lengan pertama ADB,

Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs

Saat meletakkan nilai dalam rumus di atas,

Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 volt

Untuk ACB lengan kedua,

Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs.

Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 volt

Jadi, perbedaan tegangan antara titik C dan D adalah:

Vout = Vc - Vd = 8 - 3 = 5 volt

Jika perbedaan penurunan tegangan pada C dan D bernilai positif atau negatif (positif atau negatif menunjukkan arah ketidakseimbangan), hal ini menunjukkan bahwa jembatan tidak seimbang dan untuk membuatnya seimbang diperlukan nilai resistansi yang berbeda dalam penggantian R4.

Nilai resistor R4 yang dibutuhkan untuk keseimbangan rangkaian adalah:

R4 = (R2 * R3) / R1 (kondisi jembatan keseimbangan)

R4 = 80 * 360/40

R4 = 720 ohm

Oleh karena itu, nilai R4 yang diperlukan untuk menyeimbangkan jembatan adalah 720 Ω, karena jika jembatan seimbang perbedaan penurunan tegangan pada C dan D adalah nol dan jika dapat menggunakan resistor 720 Ω perbedaan tegangan akan menjadi nol.

Aplikasi

Terutama digunakan dalam mengukur nilai yang sangat rendah dari resistansi yang tidak diketahui yang memiliki kisaran mili-ohm.

Jika menggunakan varistor dengan jembatan Wheatstone kita juga dapat mengidentifikasi nilai beberapa parameter seperti kapasitansi, induktansi dan impedansi.

Dengan menggunakan jembatan Wheatstone dengan penguat operasional, ini membantu dalam mengukur parameter yang berbeda seperti suhu, regangan, cahaya, dll.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini