교량 회로

브리지 회로에 대한 섹션이 없으면 전기 계량에 대한 텍스트를 완료라고 할 수 없습니다. 이 독창적인 회로는 실험실 저울 저울이 두 개의 무게를 비교하고 그들이 같을 때 표시하는 것처럼 널 균형 미터를 사용하여 두 전압을 비교합니다. 단순히 알 수 없는 전압을 측정하는 데 사용되는 "전위차계" 회로와 달리 브리지 회로는 저항이 아닌 모든 종류의 전기적 값을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

휘트스톤 다리

휘트스톤 브리지라고도 하는 표준 브리지 회로 , 다음과 같이 보입니다.

지점 1과 배터리의 음극 사이의 전압이 지점 2와 배터리의 음극 사이의 전압과 같을 때 null 감지기는 0을 나타내며 브리지는 "균형"이라고 합니다. 브리지의 균형 상태는 전적으로 R_a 비율에 따라 다릅니다. /R_b 및 R₁ /R₂ , 그리고 공급 전압(배터리)과 상당히 독립적입니다.

휘트스톤 브리지로 저항을 측정하기 위해 R_a 자리에 알 수 없는 저항을 연결합니다. 또는 R_b , 다른 세 개의 저항은 알려진 값의 정밀 장치입니다. 브리지가 균형을 이룰 때까지 다른 세 저항 중 하나를 교체하거나 조정할 수 있으며 균형에 도달하면 알려진 저항의 비율에서 알 수 없는 저항 값을 결정할 수 있습니다.

이것이 측정 시스템이 되기 위한 요구 사항은 기준 표준으로 사용하기 위해 저항이 정확히 알려진 가변 저항 세트를 사용하는 것입니다. 예를 들어, 미지의 저항 R_x를 측정하기 위해 브리지 회로를 연결하면 , 우리는 정확한 R_x의 값을 결정하기 위한 균형에서 다른 세 저항의 값 :

브리지 회로의 4가지 저항을 각각 암이라고 합니다. . 알 수 없는 저항 R_x와 직렬로 연결된 저항 (이것은 R_a 위의 회로도에서)는 일반적으로 가감저항기라고 합니다. 나머지 두 저항은 비율이라고 합니다. 다리의 팔.

정확하고 안정적인 저항 표준은 다행히 구축하기가 그리 어렵지 않습니다. 사실, 그들은 과학적 목적으로 만들어진 최초의 전기 "표준" 장치 중 일부였습니다. 다음은 골동품 저항 표준 장치의 사진입니다.

여기에 표시된 이 저항 표준은 개별 단계에서 가변적입니다. 연결 단자 사이의 저항 양은 소켓에 삽입된 제거 가능한 구리 플러그의 수와 패턴에 따라 달라질 수 있습니다.

휘트스톤 브리지는 마지막 섹션에서 논의된 직렬 배터리 이동 저항 미터 회로에 대한 우수한 저항 측정 수단으로 간주됩니다. 모든 비선형성(비선형 스케일) 및 관련 부정확성을 지닌 해당 회로와 달리 브리지 회로는 선형(작동을 설명하는 수학은 단순한 비율 및 비율을 기반으로 함)이며 매우 정확합니다.

충분한 정밀도의 표준 저항과 충분한 감도의 널 검출기 장치가 주어지면 Wheatstone 브리지로 최소 +/- 0.05%의 저항 측정 정확도를 얻을 수 있습니다. 정확도가 높기 때문에 교정 실험실에서 선호하는 저항 측정 방법입니다.

기본 Wheatstone 브리지 회로에는 다양한 변형이 있습니다. 대부분의 DC 브리지는 저항을 측정하는 데 사용되는 반면 교류(AC)로 구동되는 브리지는 인덕턴스, 커패시턴스 및 주파수와 같은 다양한 전기량을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

켈빈 더블 브리지

Wheatstone 브리지의 흥미로운 변형은 Kelvin Double 브리지입니다. , 매우 낮은 저항(일반적으로 옴의 1/10 미만)을 측정하는 데 사용됩니다. 회로도는 다음과 같습니다.

낮은 값의 저항기는 굵은 선 기호로 표시되며 이를 전압원(높은 전류 전달)에 연결하는 와이어도 마찬가지로 회로도에서 두껍게 그려집니다. 이 이상하게 구성된 브리지는 낮은 저항을 측정하기 위해 설정된 표준 Wheatstone 브리지로 시작하여 표준 Wheatstone 구성에서 발생하는 특정 문제를 극복하기 위한 노력의 일환으로 최종 형태로 단계적으로 발전시키면 가장 잘 이해될 것입니다. 표준 Wheatstone 브리지를 사용하여 낮은 저항을 측정하면 다음과 같이 보일 것입니다.

널 감지기가 0 전압을 나타낼 때 브리지가 균형을 이루고 비율 R_a /R_x 및 R_M /R_N 수학적으로 서로 같습니다. Ra, R_M 값 알기 , 및 R_N 따라서 R_x를 해결하는 데 필요한 데이터를 제공합니다. . . . 거의.

우리는 R_a 사이의 연결 및 연결 와이어에 문제가 있습니다. 및 R_x 저항도 가지고 있으며, 이 표유 저항은 R_a의 낮은 저항에 비해 상당할 수 있습니다. 및 R_x . 이러한 표유 저항은 높은 전류가 흐르면 상당한 전압을 떨어뜨리므로 null 감지기의 표시와 브리지의 균형에 영향을 미칩니다.

이러한 스트레이 와이어 및 연결 저항을 측정하고 싶지 않고 R_x만 측정하기 때문에 , 우리는 널 감지기가 그들을 가로질러 떨어지는 전압의 영향을 받지 않도록 널 감지기를 연결하는 어떤 방법을 찾아야만 합니다. null 감지기와 R_M을 연결하면 /R_N R_a 끝을 가로지르는 비율 팔 및 R_x , 이렇게 하면 실용적인 솔루션에 더 가까워집니다.

이제 상위 두 개의 E_와이어 전압 강하는 널 검출기에 영향을 미치지 않으며 R_x의 정확도에 영향을 미치지 않습니다. 의 저항 측정. 그러나 나머지 두 개의 E_와이어 R_a의 하단을 연결하는 와이어로 인해 전압 강하는 문제를 일으킬 수 있습니다. R_x의 상단으로 이제 이 두 전압 강하에 걸쳐 분로되고 상당한 전류를 전도하여 자체 길이를 따라 부유 전압 강하도 도입합니다.

null 감지기의 왼쪽이 R_a의 가까운 두 끝에 연결되어야 함을 알고 있습니다. 및 R_x 이러한 E_와이어 도입을 피하기 위해 전압은 널 감지기의 루프로 떨어지고 R_a의 끝을 연결하는 모든 직접 와이어 및 R_x 자체적으로 상당한 전류를 전달하고 더 많은 표류 전압 강하를 생성합니다. 이 곤경에서 벗어날 수 있는 유일한 방법은 R_a의 하단 사이에 연결 경로를 만드는 것입니다. 그리고 R_x의 상단 상당한 저항성:

R_a 사이의 표유 전압 강하를 관리할 수 있습니다. 및 R_x 두 개의 새로운 저항기의 크기를 조정하여 위쪽에서 아래쪽으로의 비율이 null 감지기의 다른 쪽 측면에 있는 두 개의 비율 암과 동일한 비율이 되도록 합니다. 이것이 이 저항기에 R_m 레이블이 붙은 이유입니다. 및 R_n 원래 Kelvin Double Bridge 회로도에서:R_M으로 비례를 나타냅니다. 및 R_N .

비율 R_m /R_n 비율 R_M과 동일하게 설정 /R_N , 가변 저항 암 저항 R_a null 감지기가 균형을 나타낼 때까지 조정되고 R_a /R_x R_M과 같습니다. /R_N 또는 단순히 R_x를 찾으십시오. 다음 방정식에 의해:

Kelvin Double Bridge의 실제 균형 방정식은 다음과 같습니다(R_wire 저저항 표준 R_a 사이의 두꺼운 연결 와이어의 저항입니다. 및 테스트 저항 R_x ):

R_M 사이의 비율인 한 및 R_N Rm과 Rn 사이의 비율과 같으며 균형 방정식은 R_x를 사용하여 일반 Wheatstone 브리지보다 복잡하지 않습니다. /R_a R_N과 동일 /R_M , 방정식의 마지막 항은 0이 되므로 R_x를 제외한 모든 저항의 효과를 취소합니다. , R_a , R_M , 및 R_N .

많은 켈빈 이중 브리지 회로에서 R_M =R_m 및 R_N =R_n . 그러나 R_m의 저항이 낮습니다. 및 R_n , null 검출기는 직렬 저항이 적기 때문에 더 민감합니다. 증가된 감지기 감도는 더 작은 불균형을 감지할 수 있게 하여 더 미세한 브리지 균형을 얻을 수 있기 때문에 좋습니다.

따라서 일부 고정밀 Kelvin Double 브리지는 R_m을 사용합니다. 및 R_n 비율 부문의 100분의 1만큼 낮은 값(R_M 및 R_N , 각각). 그러나 불행히도 R_m 값이 더 낮습니다. 및 R_n , 더 많은 전류가 흐르게 되어 R_m에 존재하는 접합 저항의 효과가 증가합니다. 및 R_n R_a 끝에 연결 및 R_x . 보시다시피 높은 기기 정확도는 모든 오류 발생 요인이 고려되며, 종종 두 가지 이상의 서로 다른 유형의 오류를 최소화하는 절충안이 달성될 수 있는 최선의 방법입니다.

검토:

<울>

브리지 회로는 민감한 널 전압 측정기에 의존하여 두 전압이 동일한지 비교합니다.

휘트스톤 다리 실험실 저울이 알려진 표준 무게와 비교하여 알 수 없는 무게를 측정하는 것처럼 알 수 없는 저항을 알려진 값의 정밀 저항과 비교하여 저항을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

켈빈 더블 브리지 매우 낮은 저항을 측정하는 데 사용되는 Wheatstone 브리지의 변형입니다. 낮은 저항 표준과 측정되는 저항 사이의 전류 경로를 따라 표유 저항으로 인해 발생하는 오류를 피하기 위해 기본 Wheatstone 설계에 대한 추가적인 복잡성이 필요합니다.

관련 워크시트:

<울>

DC 브리지 회로 워크시트

AC 브리지 회로 워크시트