Wheatstone-bro

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk

Wheatstonebroen er et klassisk, presist måleinstrument for å måle motstandsverdier.

Wheatstonebroen ble oppfunnet av engelskmannen Samuel Hunter Christie i 1833 og forbedret av Sir Charles Wheatstone i 1843.

Wheatstone-bro prinsippskjema.

Broen består av:

  • En fast motstand med eksakt kjent verdi som referanse
  • Et potensiometer i klassisk forstand. Et klassisk potensiometer har en meget jevn motstandstråd som er spent opp på et brett med avstandsskala. Tråden er tilkoplet i endene og til et bevegelig tappepunkt. Spenningsdelingen i et potensiometer er kjent gjennom den fysiske plasseringen av tappepunktet
  • En følsom indikator. Indikatoren kan være et galvanometer
  • En likespenningsforsyning (batteri)

I figuren utgjøres potensiometret av R_1+R_2, og D er tappepunktet. R_3 er den kjente motstandsverdien og R_x den ukjente. VG er spenningen som galvanometret ser. Broen tilføres en likespenning fra et batteri mellom punktene A og C.

I bruk flyttes tappepunktet inntil galvanometret har null spenning. Da er broen i balanse; spenningsdelingen er lik på hver side av broen og \frac{R_x}{R_3}=\frac{R_2}{R_1}.

\frac{R_2}{R_1} blir avlest som L_2 på avstandsskalaen og blir \frac{L_2}{L_1}=\frac{L_2}{T-L_2} hvor T er hele trådens lengde.

\ R_x blir altså \frac{R_3 \cdot L_2}{L_1}.

Den kjente faste motstanden kan byttes ut med en som har en annen verdi for å kunne tilpasse måleområdet til den ukjente motstanden.

Presisjonen er hovedsakelig gitt av nøyaktigheten til referansemotstanden og av potensiometertrådens jevnhet.

Indikatoren forstyrrer ikke måleresultatet siden der går null strøm når målingen tas.

Beregningsvei for en ubalansert wheatstone-bro. Klikk i bildet for forstørrelse.

Broen kan også brukes til å måle små avvik i motstandsverdien ved å lese av galvanometrets utslag etter utbalansering av broa. Dette forutsetter at galvanometret er kalibrert og at dets indre motstand er kjent. Beregninger i en ubalansert bro blir fort kompliserte og voluminøse. Matematiske trekant-stjerne og stjerne-trekant transformasjoner er svært nyttige hjelpemidler ved slike beregninger. (For transformasjonsformler, se Motstand (resistans)).

I den opprinnelige broen ble det brukt faste motstander som ble byttet ut inntil broen var i eller nær balanse. Den praktiske tråden med tapping ble innført av den tyske fysikeren Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887). Det kom etter hvert også andre mekaniske utførelser av potensiometret samt pluggsystemer for endring av referansemotstandens verdi. Utvidete koplinger ble tatt i bruk for å måle svært lave motstandsverdier presist.

Målemetoden med en bro kan virke gammeldags, men den er enda ikke gått ut av bruk. Broen brukes når ytterst presise målinger er nødvendige og inni små spesialiserte sensorkretser.

Wheatstone-broen blir også brukt til å måle impedanser og reaktanser. Da brukes en vekselspenning som forsyning og en indikator for vekselstrøm eller -spenning i stedet for et galvanometer. Frekvensen kan varieres og balansering og beregninger blir noe mer kompliserte.

Se også[rediger | rediger kilde]

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]