bab3 (litar tetimbang)

8/9/2019 BAB3 (litar tetimbang)

1/10

Unit 3 Litar Tetimbang

LITAR TETIMBANG

Pengenalan

Tetimbang ialah satu alat yang digunakan untuk mengukur galangan bagi perintang,kapasitor dan induktor melalui kaedah perbandingan atau lebih dikenali kaedahpenunjukan nol. Tetimbang digunakan apabila penentuan yang begitu tepat dan jitu bagisesuatu parameter seperti rintangan, kemuatan (kapasitan) atau kearuhan (induktan)diperlukan. Tetimbang yang akan dibincangkan adalah:

i. Tetimbang a.t. iaitu Tetimbang Wheatstoneii. Tetimbang a.u. iaitu Tetimbang Maxwell, Hay dan Schering.

Tetimbang Wheatsone asalnya telah direka dan diperkenalkan pada asalnya olehSamuel Christie dalam tahun 1833 tetapi telah diperbaiki keupayaannya untuk kegunaankomersal oleh Charles Wheatstone ppda tahun 1847.

Tetimbang Wheatstone telah digunakan lebih awal daripada kebanyakan alatanmengukur elektrik yang lain dan masih merupakan alatan yang boleh dipercayai dari segiketepatan dan kejituannya. la berkeupayaan melakukan pengukuran rintangan dengankejituan yang tinggi antara unit milliohm dan megaohm sehingga 0.1%, berbandingdengan ralat dalam alat meterohm bagi pengukuran rintangan antara 3% hingga 5%.

Konsep asas operasian bagi tetimbang a.t. dan a.u. adalah sama dan ini akandibincangkan di bahagian tetimbang a.t. iaituTetimbang wheatstone sahaja.Perbezaannya bagi tetimbang a.t. cuma melibatkan komponen R (perintang) sahajatetapi bagi tetimbang a.u. R boleh digantikan dengan Z (galangan) yang mewakili R,Latau C atau gabungannya, samada secara siri atau selari bergantung kepada jenistetimbang..

KONSEP ASAS TETIMBANG WHEATSTONETetimbang Wheatstone adalah tetimbang arus terus yang digunakan untuk mengukurrintangan suatu perintang atau bahan yang mengalami kesan perubahan rintangan yangtidak diketahui nilainya. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan kaedahpenunjukan nol atau konsep perbezaan keupayaan antara dua cabang dalam suatu litar.

Kaedah ini berasaskan bahawa tidak akan ada sebarang pesongan pada jarum meterpenunjuk jika tiada perbezaan keupayaan antara dua cabang litar tetimbang yang selari.Apabila tiada perbezaan keupayaan maka tiada arus mengalir melalui meter penunjuk,dan penunjuk akan menunjukkan bacaan sifar. Keadaan Ini menunjukkan bahawatetimbang berada dalam keseimbangan.

22

Instrumentasi 1/2010


2/10


Binaan Tetimbang Wheatstone.Binaan litar tetimbang Wheatstone ditunjukkan dalam rajah di bawah. la dibina dari empatbuah perintang yang disusun sebegitu rupa.

23

A

I 1

G

R1

I 2 R2

B C

R3 RX

I 3 I 4

D

Cabang 'ABD' selari dengan 'ACD' yang mana setiap cabang ini mengandungi dua

elemen perintang yang disambung sesiri. Cabang 'ABD' mengandungi elemen perintangR1 siri dengan R3 dan cabang 'ACD' mengandungi elemen perintang R2 siri dengan Rx.

Sumber bekalan kepada litartetimbang disambung antara punca 'A' dan 'D', iaitu bekalankuasa arus terus (E). Metergalvano digunakan sebagai meter penunjuk (M) dalamtetimbang dan disambung diantara punca 'B' dan 'C'.

PRINSIP KESEIMBANGAN TETIMBANG WHEATSTONE

Berdasarkan kepada rajah di atas, tetimbang dikatakan berada dalam keseimbanganiaitu tiada pesongan pada penunjuk metergalvano, keupayaan pada punca B samadengan keupayaan pada punca C: iaitu

VAB = VAC atau VDB = VDCDari rajah di atas,

RX - Rintangan yang tidak diketahui nilainya.R1, R2 - Perintang yang mempunyai nilai yang tetap (lengan nisbah)R3 - Perintang bolehubah (lengan piawai)G - Meter galvano yang berkepekaan tinggi

E - Sel bateri

Cara kerja Titi Wheatstone adalah bergantung kepada pengaliran arus pada metergalvano. Ia dikatakan dalam keadaan seimbang apabila tidak ada arus yang mengalirmelalui meter galvano (Ig = 0) iaitu apabila :

VAC = VAB atau VDC = VDB



3/10


VDB = VDC

= R3 X ER3 + R1

24

R3 ( RX + R2 ) = RX ( R3 + R1)

R3 RX + R3 R2 = RX R3 + RX R1

R3 R2 = RX R1

RX = R3 R2R1

RX = R3 X R2

R1

RX X E

RX + R2

lengan piawai lengan nisbah

Ketepatan dan kepekaan adalah maksima apabila R1 = R2 iaitu nisbah

R2 /R1 = 1. Untuk keadaan tersebut RX = R3. Jika R3 adalah kotak rintangan

decade yang amat tepat, nilai RX = R3 boleh dibaca terus dari skala kotak

rintangan apabila litar dalam keadaan seimbang.

Tetapi syarat R2 / R1 = 1 akan menghadkan julat ukuran RX hanyakepada nilai ukuran R3 sahaja. Untuk mengatasi masalah ini suis julatdigunakan. Untuk memilih nilai lengan yang berlainan. Sebagai contoh,jika nisbah R2 / R1 = 3 nilai maksima RX yang boleh diukur adalah

RX = 3 X R3.

Kegunaan Titi Wheatstone

1. Mengukur nilai rintangan :

i. Rintangan rendah iaitu kurang dari 1ii. Rintangan sederhana iaitu 1 < RX < 100Kiii. Rintangan tinggi iaitu lebih besar dari 100K*Paling sesuai digunakan untuk mengukur rintangan sederhana.

2. Mengesan kerosakan litar pintas.

3. Mengesan kerosakan litar bumi.



4/10


Contoh 3.1

Rajah dibawah merupakan satu litar tetimbang wheatstone, dapatkan nilai RX apabilatetimbang seimbang.

200 800

G E

750 RX

Penyelesaian :

RX (200) = 800 (750)RX = 800 (750)

200

= 3K

Tetimbang Arus Ulangalik

Pada asasnya tetimbang arus ulangalik adalah sama dengan tetimbang arus terus.Tetimbang arus ulangalik adalah digunakan untuk mengukur nilai kemuatan dankearuhan.

Tetimbang Schering Tetimbang Maxwell Tetimbang Hay

25



5/10


Tetimbang Schering (untuk mengukur nilai kemuatan)

Rajah di bawah merupakan litar sambungan titi schering . Sila perhatikan kedudukankomponen pada setiap lengan titi tersebut.

Rx

Cx C2

R4R3

C4

~

WCx

j-RxZ1 =

2

2

WC

j-Z =

33 RZ =

4

44

jWCR

1

Z

1+=

Semasa keadaan seimbang3241 ZZZZ =

4

321

Z

1xZZZ =

+= 4

4

3

2

jWCR1xRx

WCj-

WCxj-Rx

Rx j/wCx = -jR3 /WC2R4 j2wR3C4 / wC2Rx j/wCx = -jR3 /WC2R4 +R3C4 /C2

Samakan bahagian sahih :Rx = R3 C4 /C2

Samakan bahagian khayal : -j / wCx = -jR3/wC2R4

Cx = C2R4/R326



6/10


Titi Hay (untuk mengukur nilai kearuhan)

Rajah di bawah merupakan litar sambungan titi Hay . Sila perhatikan kedudukan komponen pada

setiap lengan titi tersebut.

27

R1 R2

C1

Lx

R3

Rx

~

Kenalpasti galangan pada setiap lengan titi :

Z1 = R1 - j / wC1

Z2 = R2

Z3 = R3

Z4 = Rx + jwLx

Dalam keadaan seimbang :

Z1Z4 = Z2 Z3

Z1Z4 = Z2Z3

(R1 - j / wC1)( Rx + jwLx) = (R2R3)

R1 Rx + jwR1Lx jRx/wC1 +wLx / wC1 = R2R3

Samakan bahagian sahih : R1Rx + LxC1 = R2R3 per .1 1

Samakan bahagian khayal : jwR1Lx = jRx / wC12Rx = W

2C1R1Lx

2 : R1 (w2C1R1LX) + LX/ C1 = R2R3

LX [w2C1R1

2+ 1/C1] = R2R3

1

LX [ ( w2C1

2R1

2+ 1)/C1] = R2R3

LX = ( C1R2R3) / (1 + w2C1

2R1

2)

Rx = w2C1R1 [ (C1R2R3) / (1+w

2C1

2R1

2) ]

= (w2C1

2R1R2R3) / (1 + w

2C1

2R1

2)



7/10


Contoh

Bagi litar di bawah, kirakan nilai Lx dan Rx

28

R1 R2

C1

Lx

R3

Rx

~ f = 50Hz

R1 = 880

R2 = 1000R3 = 16.5KC1 = 1.4F

Penyelesaian :



8/10


9/10


10/10

bab3 (litar tetimbang)

Documents