🧮 휘트스톤 브리지 계산기

휘트스톤 브리지는 1833년 Samuel Hunter Christie가 발명하고 1843년 Sir Charles Wheatstone이 널리 알린 회로 구성으로, 미지의 전기 저항을 매우 높은 정밀도로 측정하는 데 사용됩니다. 네 개의 저항을 다이아몬드 형태로 배치하고 한 대각선에 전압원을, 다른 대각선에 검류계(고감도 전류 검출기)를 연결합니다. 브리지가 "평형"하면 검류계에 전류가 흐르지 않으며, 다른 세 개의 알려진 값에서 미지 저항을 계산할 수 있습니다.

검류계가 영을 가리키는 "평형 상태"에서는 R₁ × Rₓ = R₂ × R₃ 의 관계가 성립하며, 세 개의 값에서 미지 저항을 정확히 구할 수 있습니다.

브리지가 평형일 때 R₁-R₃ 접점의 전압과 R₂-R_x 접점의 전압이 같아져 검류계에 전류가 흐르지 않습니다. 이는 R₁/R₂ = R₃/R_x, 즉 R₁ × R_x = R₂ × R₃ 일 때 발생합니다.

이 브리지는 센서 응용에도 사용됩니다. 변형률 게이지, 서미스터, 압력 센서가 하나 이상의 저항을 대체합니다. 센서 저항이 온도, 압력, 변형에 따라 변하면 브리지가 약간 불평형이 되어 검류계 단자 간에 측정 가능한 전압이 발생합니다. 이것이 대부분의 로드셀과 전자 저울의 동작 원리입니다.

1. R₁, R₂, R₃ 값을 옴으로 입력합니다.
2. Rₓ(미지)은 비워 둡니다.
3. 계산을 클릭하여 Rₓ을 구합니다.
4. R₁ × Rₓ ≈ R₂ × R₃ 임을 확인합니다(평형 확인).
5. 다른 저항을 구하려면 해당 저항을 비워 두세요.

휘트스톤 브리지의 평형 조건은 무엇입니까?

R₁ × R_x = R₂ × R₃ 일 때 브리지가 평형합니다. 대향하는 팔의 곱이 같다는 것을 의미합니다. 평형 상태에서는 검류계에 전류가 흐르지 않으며, 세 개의 알려진 값에서 미지 저항을 구할 수 있습니다. R_x = R₂ × R₃ / R₁ 입니다.

휘트스톤 브리지가 간단한 옴미터보다 더 정확한 이유는?

브리지는 영 검출 측정을 사용합니다. 전압이나 전류를 직접 측정하는 대신 영 전류를 검출합니다. 이것은 전원 전압 변동, 미터 캘리브레이션, 리드 저항으로 인한 오류를 제거합니다. 0.01% 이상의 정확도를 달성할 수 있습니다.

검류계의 역할은 무엇입니까?

검류계는 브리지에 걸쳐 배치되는 매우 고감도 전류 검출기입니다. 브리지가 불평형하면 전류가 한 방향 또는 다른 방향으로 흐릅니다. 평형 상태에서는 검류계가 정확히 영을 가리켜 저항 비율이 만족됨을 확인합니다.

변형률 게이지는 휘트스톤 브리지와 어떤 관계가 있습니까?

변형률 게이지는 늘어나거나 압축될 때 값이 약간 변하는 저항기입니다. 휘트스톤 브리지의 한 팔로 배치하면 미세한 저항 변화(종종 0.1% 미만)가 측정 가능한 출력 전압을 생성합니다. 대부분의 디지털 저울과 로드셀이 이 원리를 사용합니다.

브리지가 약간 불평형하면 어떻게 됩니까?

검류계 단자 간에 작은 전압이 나타나며, 저항 불평형에 비례합니다. 이 출력 전압은 증폭하여 측정할 수 있습니다. 쿼터 브리지 구성의 작은 불평형에서 관계는 대략 V_out = V_source × (ΔR / 4R) 입니다.

휘트스톤 브리지를 AC 신호에 사용할 수 있습니까?

네, 단 저항 대신 임피던스를 사용합니다. AC 브리지(또는 맥스웰 브리지, 위en 브리지)는 저항과 함께 커패시터와 인덕터를 사용합니다. 평형 조건은 임피던스의 크기와 위상 모두를 일치시켜야 하므로 AC 브리지 평형 맞춤이 더 복잡합니다.

실제로는 R₁과 R₂는 비육 팔(일반적으로 10:1, 100:1 또는 1:1), R₃은 검류계가 영이 될 때까지 조정하는 정밀 데케이드 저항 상자를 사용합니다. 브리지의 감도는 전원 전압에 의존하며, 전압이 높을수록 감도가 증가하지만 저항기의 자체 발열도 증가하여 값이 변할 수 있습니다. 매우 낮은 저항(1 Ω 이하) 측정에는 리드와 접촉 저항 오류를 제거하는 켈빈 브리지(켈빈 이중 브리지)를 사용하세요. 매우 높은 저항(1 MΩ 이상)에서는 절연체를 흐르는 누설 전류가 중요해지므로 가드 측정을 사용하세요. 네 개의 저항이 모두 비슷한 크기일 때 브리지가 가장 정확합니다.