Wheatstone-Brücke

"Das Herz der Wissenschaft ist die Messung", und für die Messung werden die Brückenschaltungen verwendet, um alle Arten von elektrischen und elektronischen Parametern zu finden. Wir haben mehrere Brücken in der elektrischen und elektronischen Messung und Instrumentierung untersucht. Die folgende Tabelle zeigt verschiedene Brücken mit ihren Verwendungszwecken:

S.No.	Name der Brücke	Zu bestimmender Parameter
1.	Weizenstein	einen unbekannten Widerstand messen
2.	Anderson	Messen Sie die Selbstinduktivität der Spule
3.	De-sauty	Messung eines sehr kleinen Kapazitätswerts
4.	Maxwell	Messen Sie eine unbekannte Induktivität
5.	Kelvin	wird verwendet, um unbekannte elektrische Widerstände unter 1 Ohm zu messen.
6.	Wein	Messung der Kapazität in Bezug auf Widerstand und Frequenz
7.	Heu	Messung eines unbekannten Induktors von hohem Wert

Hier werden wir über die Wheatstone-Brücke sprechen , die zur Messung des unbekannten Widerstands verwendet wird. Das heutige digitale Multimeter hilft bei der einfachen Messung des Widerstands. Der Vorteil der Wheatstone-Brücke besteht jedoch darin, dass sehr niedrige Widerstandswerte im Bereich von Milliohm gemessen werden können.

Wheatstone-Brücke

Samuel Hunter Christie erfand 1833 die Wheatstone-Brücke und diese Brücke wurde 1843 von Sir Charles Wheatstone verbessert und populär gemacht. Die Wheatstone-Brücke ist die Verbindung von vier Widerständen, die eine Brücke bilden. Die vier Widerstände im Stromkreis werden als Brückenarme bezeichnet. Die Brücke wird verwendet, um den Wert eines unbekannten Widerstands zu ermitteln, der mit zwei bekannten Widerständen, einem variablen Widerstand und einem Galvanometer verbunden ist. Um den Wert des unbekannten Widerstands zu ermitteln, wird die Auslenkung am Galvanometer durch Einstellen des variablen Widerstands auf Null gesetzt. Dieser Punkt ist als Gleichgewichtspunkt der Wheatstone-Brücke bekannt.

Ableitung

Wie wir in der Abbildung sehen können, sind R1 und R2 bekannte Widerstände. R3 ist ein variabler Widerstand und Rx ist ein unbekannter Widerstand. Die Brücke ist mit der Gleichstromquelle (Batterie) verbunden.

Befindet sich die Brücke im ausgeglichenen Zustand, sollte kein Strom durch das Galvanometer fließen, und der gleiche Strom I1 fließt durch R1 und R2. Gleiches gilt für R3 und Rx, dh der Stromfluss (I2) durch R3 und Rx bleibt gleich. Nachfolgend sind die Berechnungen aufgeführt, um einen unbekannten Widerstandswert zu ermitteln, wenn sich die Brücke im ausgeglichenen Zustand befindet (kein Stromfluss zwischen Punkt C und D).

V = IR (nach dem Ohmschen Gesetz) VR1 = I1 * R1… Gleichung (1) VR2 = I1 * R2… Gleichung (2) VR3 = I2 * R3… Gleichung (3) VRx = I2 * Rx… Gleichung (4)

Der Spannungsabfall an R1 und R3 ist gleich und der Spannungsabfall an R2 und R4 ist auch im ausgeglichenen Brückenzustand gleich.

I1 * R1 = I2 * R3… Gleichung (5) I1 * R2 = I2 * Rx… Gleichung (6)

Beim Teilen von Gleichung (5) und Gleichung (6)

R1 / R2 = R3 / Rx Rx = (R2 * R3) / R1

Von hier aus erhalten wir den Wert von Rx, der unser unbekannter Widerstand ist, und daher hilft die Wheatstone-Brücke bei der Messung eines unbekannten Widerstands.

Betrieb

In der Praxis wird der variable Widerstand so lange eingestellt, bis der Wert des Stroms durch das Galvanometer Null wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Brücke als ausgeglichene Wheatstone-Brücke bezeichnet. Das Erhalten eines Nullstroms durch das Galvanometer ergibt eine hohe Genauigkeit, da eine geringfügige Änderung des variablen Widerstands den Gleichgewichtszustand stören kann.

Wie in der Figur gezeigt, gibt es vier Widerstände in der Brücke R1, R2, R3 und Rx. Wo R1 und R2 der unbekannte Widerstand sind, ist R3 der variable Widerstand und Rx der unbekannte Widerstand. Wenn das Verhältnis bekannter Widerstände gleich dem Verhältnis von eingestelltem variablem Widerstand und unbekanntem Widerstand ist, fließt in diesem Zustand kein Strom durch das Galvanometer.

In ausgeglichenem Zustand,

R1 / R2 = R3 / Rx

Jetzt haben wir den Wert von R1 , R2 und R3, so dass es einfach ist, den Wert von Rx aus der obigen Formel zu ermitteln.

Aus der obigen Bedingung, Rx = R2 * R3 / R1

Daher wird der Wert des unbekannten Widerstands durch diese Formel berechnet, vorausgesetzt, der Strom durch das Galvanometer ist Null.

Wir müssen also das Potentiometer so einstellen, dass die Spannung an C und D gleich ist. In diesem Zustand ist der Strom durch Punkt C und D Null und der Galvanometerwert ist Null. An dieser bestimmten Position wird die Wheatstone Bridge aufgerufen Ausgewogener Zustand. Dieser vollständige Vorgang wird im folgenden Video erläutert:

Beispiel

Nehmen wir ein Beispiel für das Verständnis des Konzepts der Wheatstone-Brücke, da wir eine unsymmetrische Brücke verwenden, um den geeigneten Wert für Rx (unbekannter Widerstand) zum Ausgleich der Brücke zu berechnen. Wie wir wissen, befindet sich die Brücke im Gleichgewichtszustand, wenn die Differenz des Spannungsabfalls zwischen Punkt C und D Null ist.

Nach dem Schaltplan

Für den ersten Arm ADB, Vc = {R2 / (R1 + R2)} * Vs

Wenn Sie die Werte in die obige Formel eingeben, Vc = {80 / (40 + 80)} * 12 = 8 Volt

Für den zweiten Arm ACB, Vd = {R4 / (R3 + R4)} * Vs Vd = {120 / (360+ 120)} * 12 = 3 Volt

Die Spannungsdifferenz zwischen Punkt C und D beträgt also:

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

Wenn die Differenz des Spannungsabfalls zwischen C und D positiv oder negativ ist (positiv oder negativ zeigt die Richtung der Unwucht an), zeigt dies, dass die Brücke unsymmetrisch ist, und um sie auszugleichen, benötigen wir einen anderen Widerstandswert als Ersatz für R4.

Der Wert des Widerstands R4, der zum Ausgleichen der Schaltung erforderlich ist, ist:

R4 = (R2 * R3) / R1 (Zustand der Ausgleichsbrücke) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720 Ohm

Daher beträgt der zum Ausgleich der Brücke erforderliche Wert von R4 720 Ω, denn wenn die Brücke ausgeglichen ist, ist die Differenz des Spannungsabfalls über C und D Null, und wenn Sie einen Widerstand von 720 Ω verwenden können, ist die Spannungsdifferenz Null.

Anwendungen

• Wird hauptsächlich zur Messung eines sehr niedrigen Wertes eines unbekannten Widerstands mit einem Bereich von Milli-Ohm verwendet.
• Wenn Sie einen Varistor mit Wheatstone-Brücke verwenden, können Sie auch den Wert einiger Parameter wie Kapazität, Induktivität und Impedanz ermitteln.
• Durch die Verwendung der Wheatstone-Brücke mit Operationsverstärker können verschiedene Parameter wie Temperatur, Dehnung, Licht usw. gemessen werden.