Fachbegriffe aus der Elektrotechnik
Wheatstonebrücke & Impedanz
Was versteht man unter Wheatstonebrücke? Was ist eine Impedanz? Wie wird eigentlich ein elektrischer Widerstand präzise gemessen?
Wheatstonebrücke
Brückenschaltung (Brücke) zum präzisen Messen elektrischer Widerstände, vorzugsweise Wirkwiderstände im Bereich von etwa 1 Ω ... 1 MΩ.
Allgemeines
Widerstandsmessbrücken bestehen grundsätzlich aus zwei parallel geschalteten Spannungsteilern, deren Ausgangsspannungen miteinander verglichen werden. Nach diesem Prinzip arbeitet auch die erstmals im Jahre 1843 von dem englischen Physiker Sir Charles Wheatstone (1802 – 1875) publizierte Brückenschaltung nach Bild 1 (Titelbild). Zu Ehren des Erfinders dieser ringförmigen Schaltungsanordnung wird die dargestellte Abgleichbrücke auch Wheatstonesche Widerstandsmessbrücke (kurz: Wheatstonebrücke) genannt.
Wirkungsweise
Wheatstonebrücken sind meist Gleichstrombrücken. Sie enthalten die Wirkwiderstände R1 und R2 – quantifiziert durch die Längen l1 und l2 der Abgriffe auf der Widerstandsbahn –, einen einstellbaren Vergleichswiderstand RN (Normalwiderstand) und den unbekannten Widerstand Rx1). Zwecks Bestimmung von Rx wird das Verhältnis der elektrischen Widerstände:
R1/R2 = l1/l2
so lange verändert, bis die Differenzspannung zwischen den beiden Spannungsteilern Null und folglich der Indikatorzweig stromlos ist. Die Wirkwiderstände R1 und R2 sind den Teillängen l1 und l2 des Widerstands-Schleifdrahts proportional. Bei abgeglichener Brücke zeigt das Galvanometer G – ein elektrisches Messgerät mit sehr hoher Empfindlichkeit – exakt auf den Nullpunkt in der Skalenmitte. Gemäß der Abgleichbedingung
RX/RN = R1/R2
(Brückengleichgewicht) kann nunmehr der unbekannte Wirkwiderstand RX berechnet werden:
RX = RN · (R1/R2) = RN · (l1/l2).
Wirk- und Blindwiderstände werden heutzutage meist mit Spezialgeräten gemessen.
Im Gegensatz zu den klassischen (manuellen) Schleifdrahtbrücken erfolgen bei modernen RLC-Messbrücken der Widerstandsabgleich automatisch und die Anzeige digital.
