Informations- und Kommunikationstechnik

Die Widerstandsmessbrücke

Mit Spannungsteilern in Form von Brückenschaltungen lassen sich kleinste Veränderungen messtechnisch leicht erfassen, da sie eine hohe Empfindlichkeit haben. Bei geeigneter Dimensionierung werden weder der Sensor noch die Betriebsspannungsquelle sonderlich belastet. Dieses Schaltungsprinzip ist in der Elektronik weit vertreten, einige Beispiele sind:

Widerstandsbrücke

In der einfachen Widerstandsbrücke sind zwei Spannungsteiler mit je zwei Widerständen parallel geschaltet. Die Betriebsspannung U ist für beide Brückenzweige gleich. Der Ausgang befindet sich als Brücke zwischen den Punkten 1 und 2.
Für beide Brückenzweige lassen sich Formeln für die Zweigströme I1 und I2 aufstellen. Damit sind dann alle Teilspannungen U1 ... U4 mit dem ohmschen Gesetzes bestimmbar. In jedem Zweig sind die Teilspannungen auch aus den Widerstandsverhältnissen berechenbar.
Die Brücke ist abgeglichen, wenn die Brückenpunkte 1 und 2 gleiche Potenziale haben. Das ist für U2 = U4 der Fall.

Formel der abgeglichenen Widerstandsbrücke

Für die beiden Teilspannungen unten wird das Widerstandsverhältnis aufgestellt und gleichgesetzt. Nach geeignetem Umformen erhält man das Widerstandsverhältnis für eine abgeglichene Brücke Gl.(1). Das Ergebnis ist von der Betriebsspannung U unabhängig.

Bei der abgeglichenen Brücke sind die Potenziale in den Punkten 1 und 2 gleich.
Die Brückenspannung einer abgeglichenen Brücke ist null und es fließt kein Brückenstrom.

Widerstandsmessbrücke

Widerstandsmessbrücke

Um den Wert eines unbekannten ohmschen Widerstands sehr genau zu bestimmen, verwendet man die Messbrücke nach Wheatstone. Der übliche Messbereich liegt zwischen 1 mΩ bis 1 MΩ. Die Schaltung zeigt den Aufbau mit einem festgelegten Widerstandsverhältnis im linken Brückenzweig. Er bestimmt einen Eichfaktor RN für die Einstellskala. Im rechten Zweig ist oben der zu messende unbekannte Widerstand in Reihe mit einem sehr präzisen Drahtpotenziometer mit genauer Skala. Er wird verstellt, bis kein Brückenstrom mehr angezeigt wird und die Brücke abgeglichen ist. Das Brückeninstrument ist meistens ein Mikroamperemeter mit dem Nullpunkt in der Skalenmitte. Bei abgeglichener Brücke und ist der Skalenwert gleich dem gesuchten Widerstandswert Rx.