Thomson-Brücke

Thomson-Brücke

Die Thomson-Brücke ist eine Brückenschaltung, welche von William Thomson, auch bekannt als Lord Kelvin, entwickelt wurde. Im Aufbau ist sie eng verwandt mit der Wheatstone-Brücke; es können jedoch auch kleine Widerstände gemessen werden, bei denen die Widerstände der Zuleitungen nicht mehr vernachlässigt werden können (Bereich von 10 − 6 bis 10 Ω). Dies wird erreicht, indem parallel zum unbekannten Zuleitungswiderstand ein weiterer Spannungsteiler gelegt wird, der den Einfluss der Zuleitung eliminiert.

Schaltskizze der Thomson-Brücke

Inhaltsverzeichnis

Messdurchführung

(Siehe Skizze rechts)

Betrachtet wird der Zustand, wenn die Brücke abgeglichen ist, d.h. wenn die Spannungen Ux und Uv gleich sind und kein Strom durch das Instrument G fließt. Die Spannungsteiler R1 | R2 und R3 | R4 sind in der Regel als Potentiometer ausgeführt und zeigen nur das Teilungsverhältnis an; die genauen Absolutwerte der Widerstände sind ohne Bedeutung. Wie sich aus der folgenden Berechnung ergibt, wird der unbekannte Widerstand Rz vollständig kompensiert, wenn beide Spannungsteiler als gleichlaufendes Doppelpotentiometer ausgeführt sind. Die weiteren Zuleitungswiderstände Rz' und Rz'' haben ohnehin ersichtlich keinen Einfluss und wurden daher in der Schaltung gestrichelt dargestellt.

Berechnung

Die beiden Spannungsteilerverhältnisse werden mit α und β bezeichnet:


\alpha = \frac{R_2}{R_1 + R_2}


\beta = \frac{R_4}{R_3 + R_4}

Dann gilt für die Spannungen Ux und Uv:


U_v = U_s \cdot \alpha\,


U_x = U_s \cdot \frac{R_x + \beta \cdot R_z}{R_x + R_z + R_v}

(Für Rz ist eigentlich der Wert der Parallelschaltung von Rz und R3 + R4 einzusetzen; jedoch ist normalerweise R3 + R4 groß gegenüber Rz und daher vernachlässigbar.)

Wegen Ux = Uv ist daher


\alpha \cdot (R_x + R_z + R_v) = Rx + \beta \cdot R_z \,

Aufgelöst nach Rx ergibt


R_x = \frac{\alpha \cdot R_v + (\alpha-\beta) \cdot R_z}{1-\alpha}

Ist α = β (Doppelpotentiometer), dann entfällt der Term mit dem unbekannten Rz, und für Rx ergibt sich wie bei der Wheatstone-Brücke:


R_x = R_v \cdot \frac{\alpha}{1-\alpha}

Daraus folgt: 
\frac{R_v}{R_x}=\frac{R_1}{R_2}

Bemerkung

Etliche Darstellungen der Thomson-Brücke zeigen die Leitungswiderstände nicht, insbesondere Rz wird als einfache Verbindung dargestellt; danach sind dann R3 und R4 parallel geschaltet und werden im abgeglichenen Zustand von keinem Strom durchflossen, so dass sie beliebig wären.

Beispiel

Thomson-Messbrücke der RFT

Das Bild zeigt eine Messbrücke für Widerstände von 10mΩ bis 2Ω. Es wird kein Doppelpotentiometer verwendet, sondern umschaltbare Spannungsteiler; der Vergleichswiderstand wird verändert.

Thomson-Messbrücken als Labor-Messgeräte wie das abgebildete sind nicht mehr im Handel und professionellem Gebrauch.

Siehe auch

Ein alternatives digitaltechnisches Verfahren zur Messung kleiner Widerstände wird unter Widerstandsmessgerät beschrieben.

Literatur

  • Elmar Schrüfer: Elektrische Meßtechnik. Messung elektrischer und nichtelektrischer Grössen. 5. durchgesehene Auflage. Hanser, München u. a. 1992, ISBN 3-446-17128-2, S. 228–229.

Wikimedia Foundation.

Игры ⚽ Поможем решить контрольную работу

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Thomson-Brücke —   [ tɔmsn ; nach W. Thomson], eine Messschaltung (Brückenschaltung) zum Messen kleiner Widerstände im Bereich von 10 7 Ω bis 10 Ω. Dabei gehen Leitungs und Übergangswiderstände nicht in das Messergebnis ein …   Universal-Lexikon

  • Thomson-Brücke — Tomsono tiltelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Thomson’s bridge vok. Thomson Brücke, f rus. мост Томсона, m pranc. pont de Thomson, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Thomson — ist der Familienname einer Reihe bekannter Personen, siehe Thomson (Familienname) Thomson steht für folgende nach William Thomson benannten naturwissenschaftlichen Formeln, Effekten und Einheiten: Joule Thomson Effekt beim Ausdehnen eines Gases… …   Deutsch Wikipedia

  • Thomson —   [tɔmsn],    1) Sir Charles Wyville, britischer Biologe und Ozeanograph, * Bonsyde (Lothian Region) 5. 3. 1830, ✝ ebenda 10. 3. 1882; ab 1870 Professor in Edinburgh, plante und leitete die Challenger Expedition (Challenger).    2) Sir (seit… …   Universal-Lexikon

  • Thomson’s bridge — Tomsono tiltelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Thomson’s bridge vok. Thomson Brücke, f rus. мост Томсона, m pranc. pont de Thomson, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Thomson River (Victoria) — Thomson River Brücke über den Thomson River (ca. 1910)Vorlage:Infobox Fluss/KARTE fehlt …   Deutsch Wikipedia

  • Wheatstone-Brücke — Die Wheatstonesche Messbrücke (kurz: Wheatstone Brücke) ist eine Messeinrichtung zur Messung von elektrischen Widerständen ohmscher Art (Gleichstromwiderstand), kleinen ohmschen Widerstandsänderungen. Grundaufbau der Wheatstone Brücke Sie ist… …   Deutsch Wikipedia

  • Wheatstonesche Brücke — Die Wheatstonesche Messbrücke (kurz: Wheatstone Brücke) ist eine Messeinrichtung zur Messung von elektrischen Widerständen ohmscher Art (Gleichstromwiderstand), kleinen ohmschen Widerstandsänderungen. Grundaufbau der Wheatstone Brücke Sie ist… …   Deutsch Wikipedia

  • Wheatstonsche Brücke — Die Wheatstonesche Messbrücke (kurz: Wheatstone Brücke) ist eine Messeinrichtung zur Messung von elektrischen Widerständen ohmscher Art (Gleichstromwiderstand), kleinen ohmschen Widerstandsänderungen. Grundaufbau der Wheatstone Brücke Sie ist… …   Deutsch Wikipedia

  • William Thomson — William Thomson, 1. Baron Kelvin William Thomson, 1. Baron Kelvin, meist als Lord Kelvin bezeichnet, OM, GCVO, PC, PRS, FRSE, (* 26. Juni 1824 in Belfast, Nordirland; † 17. Dezember …   Deutsch Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”