मूलत: एकसरीत जोडलेल्या चार संरोधांनी बनलेल्या चौकोनी विद्युत जालाला सेतुमंडल म्हणतात.
आ.१ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे सेतुमंडलाची जोडणी केल्यास प्राथमिक व्हीट्स्टन सेतू सिद्ध होतो. यातील एका भुजेत ज्याचे मापन् करावयाचे आहे तो (X) विद्युत रोध असतो. बाकीच्या
भुजांचे विद्युत रोध ( P,Q,R ) माहीत असणारे असतात. माहीत असलेल्या रोधांपैकी एक विद्युत रोध ( R ) चल असतो म्हणजे हा आवश्यकतेनुसार बदलता येतो. E हा एकदिश विद्युत प्रवाह मिळविण्यासाठी जोडलेल्या विद्युत घटाचा विद्युत दाब आहे. गॅल्व्हानोमीटर म्हणजे एक संवेदनशील सूक्ष्म विद्युत प्रवाह मापन करू शकणारा मापक असतो. त्याचा स्वत:चा रोध दुर्लक्षणीय असतो. शून्य प्रवाहाला त्याचा दर्शक काटा मध्यभागी स्थिर राहातो. मापकाच्या मोजपट्टीवर तेथे शून्य विद्युत प्रवाह दर्शविला जातो. त्याच्या डावीकडील आकड्यांना उणे चिन्ह असते. विद्युत प्रवाहाच्या दिशेनुसार तो उजवीकडे वा डावीकडे कलतो. यामुळे तो निव्वळ विद्युत प्रवाहच नव्हे तर त्याची दिशा देखील दर्शवितो.
आ. १ मध्ये एक प्राथमिक व्हीट्स्टन सेतू दर्शविला आहे. P, Q, R, X हे चार भुजांचे विद्युत रोध आहेत. R हा चल रोधक आहे म्हणजे तो आवश्यकतेनुसार बदलता येतो व तो किती आहे ते माहिती असते.
जर C या बिंदूचे विभव (potential) D पेक्षा जास्त असेल तर विद्युत प्रवाह C कडून D कडे वाहील आणि कमी असेल तर D कडून C कडे वाहील. या प्रवाहाच्या दिशेनुसार दर्शक काटा शून्याच्या उजवीकडे वा डावीकडे कलेल. विभवांतर जितके अधिक तितके कलण्याचे प्रमाण अधिक असेल. अशा सेतूला असंतुलित सेतू म्हणतात.
या सेतूमधील R हा रोध असा बदलायचा की C आणि D यांच्यातील् विभवांतर शून्य होईल. अशा परिस्थितीत गॅल्व्हानोमीटर शून्यावर येईल. थोडक्यात R असा बदलायचा की गॅल्व्हानोमीटर शून्यावर येईल. अशा सेतूला संतुलित व्हीट्स्टन सेतू म्हणतात.
अशा सेतूच्या बाबतीत P/R=Q/X हे सिद्ध करता येते. या सेतूचा विद्युत रोध मापनासाठी जेव्हा उपयोग केला जातो तेव्हा वर उल्लेख केल्याप्रमाणे P, Q, R हे माहिती असलेले रोध असतात आणि X हा मापन करावयाचा रोध असतो. तो खालील सूत्रावरून काढता येतो.
X=[QR]/P किंवा X=[Q/P]x R
सर्वसाधारण व्हीट्स्टन सेतूमध्ये P आणि Q यांना गुणोत्तर भुजा असे संबोधतात आणि त्यांचे गुणोत्तर १:१ ; १०:१ किंवा १००:१ असे ठेवता येईल अशी सोय केलेली असते. याशिवाय R या रोधाची किंमत १—१,००० Ω किंवा १ ते १०,००० Ω दरम्यान आवश्यकतेनुसार बदलता येईल अशी ठेवलेली असते.
संतुलित व्हीटस्टन् सेतूचा उपयोग विद्युत उपकरणांच्या निर्मिती क्षेत्रात जनित्रे, चलित्रे, रोहित्रे यांच्या वेटोळ्यांचा रोध मोजण्यासाठी केला जातो. तसेच इतर लहान-मोठ्या विद्युत उपकरणांच्या गुंडाळ्यांचे रोध मोजण्यासाठी केला जातो. दूरध्वनी केबल मध्ये निर्माण होणारा दोष नेमका किती अंतरावर आहे ते शोधून काढण्यासाठी या सेतूचे तत्त्व कसे वापरले जाते त्याचे ‘मरे परीक्षण’ हे एक उदाहरण खाली दिले आहे.
मरे परीक्षण : संतुलित व्हीट्स्टन सेतू तत्त्वाचा उपयोग ज्यात केला आहे अशा मरे परीक्षणाची मंडल जोडणी (Murray’s Loop Test) आ. २ मध्ये दर्शविली आहे. विद्युत पुरवठा
करताना विद्युत केबल जमिनीत पुरलेल्या असतात. त्यातील दोन केबलपैकी एका केबलमध्ये काही कारणाने भूयोग दोष (earth fault) निर्माण झाल्यास विद्युत प्रवाह केबलच्या संवाहक तारेतून जमिनीत जाऊ लागतो. भूयोग दोष म्हणजे केबलच्या संवाहक तारेवरील निरोधक पदार्थाचे वेष्टन फाटल्यामुळे विद्युत दृष्ट्या संवाहक तार सरळ जमिनीशी जोडली जाणे. केबलची संरक्षक प्रणाली अशा वेळी केबलला दिला जाणारा विद्युत पुरवठा बंद करते. त्यानंतर भूयोग दोष नेमका कोठे आहे हे शोधून काढण्यास मरे परीक्षणाचा उपयोग होतो. आ.२ मध्ये त्यासाठी उपयोगी सूत्र संतुलित व्हीट्स्टन सेतूच्या गुणधर्मावरून कसे काढता येते ते दाखविले आहे.
आ. क्र. २ मध्ये केबलची संवाहक जाड तार गडद काळ्या रंगाने दाखविली आहे. त्या तारेभोवती असलेले निरोधक पदार्थाच्या आवरणाचा रंग पांढरा दाखविला आहे.
आकृतीमध्ये केबल जोडीची ( एक धन केबल व दुसरी ऋण केबल ) डावी बाजू हे परीक्षण टोक आहे. केबल जोडीच्या दूरच्या टोकाला दोन्ही केबलच्या संवाहकांची टोके एकमेकांना परीक्षणापुरती घट्ट जोडतात.
B या ठिकाणी केबलमध्ये भूयोग दोष निर्माण झालेला दाखविला आहे. भूयोग दोष निर्माण झालेल्या जागेतून जो विद्युत प्रवाह जमिनीत जातो त्याचा जमिनीतून पुढील मार्ग तुटक रेषांनी दाखविला आहे.
A हा बिंदू रोधावरील चल स्पर्शिका आहे. रोधावरील त्याचे स्थान P व Q यांची किंमत ठरविते. ही स्पर्शिका अशी सरकवायची की गॅल्व्हानोमीटरचा काटा शून्यावर येईल. म्हणजेच सेतू संतुलित होईल. सेतू असा संतुलित झाला की भूयोग दोषाचे अंतर काढण्याचे आकृतीत दिलेले सूत्र वापरता येते.
संदर्भ :
- Golding, E.W. Electrical Measurements and Measuring Instruments
- Kalsi, H. S. Electronic Instrumentation
समीक्षक – एस.डी. भिडे