휘스톤브리지가 어디에 사용되는지 부터 휘스톤브리지 이론 그리고 휘스톤브리지 계산식 휘스톤브리지 기초이론등에 대해서 알려드릴게요
❏실험 제목: 휘스톤 브리지
❏실험의주요주제
휘스톤브리지로저항을측정하는원리를실험한다.
휘스톤브리지로커패시터와인덕터를측정하는원리를실험한다.
히스톤브리지를센서에활용하는원리를실험한다.
❏실험 관련 기초 이론
영국의 찰스 휘스톤 이라는 사람이 고안한 저항 측정법이다.
그림 1
<그림1>에서 R3는 가변저항이고, Rx는 값을 측정하려는 저항이다. 그림에서 가변저항 R3를 조절하면 단자 A-B간의 전압 Vo을 0[V]로 만들 수 있다. 이를 휘스톤 브리지의 평형상태라 한다. 평형상태가 되면 R1과 R3에는 같은 전류 IA가 흐른다.식으로 나타낼 수 있다 이런 식을 도출 해 낼 수 있다. 가변저항R3를 조절하여 휘스톤 브리지를 평형상태로 만든 다음, 회로에서 R3를 떼어내어 저항값을 측정하면 식을 이용하여 저항 Rx의 값을 알 수 있다. 휘스톤 브리지는 일반적인 멀티미터보다 정밀하게 저항을 측정할 수 있다.
그림 2
<그림2>는 커패시턴스를 측정하기 위해 저항 대신 두개의 커패시터를 연결했다. C1은 값을 알고 있는 커패시터이고, Cx는 값을 측정하려는 커패시터다. 회로에는 교류전원 V1이 연결되어 있다. 각변저항 R2를 조절하여 평형상태를 만든다. 이러한 식이 성립이 된다. 옴의 법칙을 적용한뒤 정리하면이렇게 정리 할 수 있고, 이 식을 이용하여 커패시터 Cx를 구할 수 있다.
그림 3
인덕턴스를 측정하기 위한 휘스톤 브리지의 구성이다. L1은 값을 알고 있는 인덕터이고, Lx는 값을 측정하려는 인덕터이다. 휘스톤 브리지가 평형상태가 되면,식이 성립한다. 옴의 법칙을 적용하고 식을 정리하면이 식으로 Lx의 값을 구할 수 있다.
휘스톤 브릿지의 활용 으로는 온도, 압력, 스테인과 같은 물리량을 측정하는 센서에 많이 활용된다. 이 경우 휘스톤 브리지는 트랜스듀서와 결합하여 사용된다. 예를 들어 스테인 게이지와 같은 트랜스듀서는 건물이나 다리 같은 건축물에 생기는 변형을 저항의 변화로 바꾸어 준다. 스테인 게이지를 휘스톤 브리지와 결합하면 저항의 변화를전압의 변화로 바꿀 수 있다.
❏실험장비
❏실험1 휘스톤브리지의원리.
(1)실험회로를구성하여라
직류전원 V=5[V]를 인가하였고, 저항 R1=[1KΩ], R2=[2KΩ],가변저항R3=[1KΩ], Rx=300[Ω]을 연결 하였다. Vo가 0[V]가 되도록 가변 저항 R3를 조절한뒤
(2) R3를 회로에서 떼어낸 다음 멀티미터로 저항값을 측정하여 표에 기록하라.
(3) 관련 식을 이용하여 Rx를 계산하여 표에 기록하라.
(4) Rx를 표에 주어진 다른 저항으로 바꾸고 실험과정 (2)~(3)을 반복하라.
Rx
300[Ω]
470[Ω]
1[KΩ]
1.2[KΩ]
R3
149.7[Ω]
235.2[Ω]
502.32[Ω]
616.12[Ω]
Rx(계산값)
150[Ω]
235[Ω]
500[Ω]
600[Ω]
❏실험2 커패시턴스측정
(1)실험회로를구성하여라.
교류전원V1=1[KHz], 15Vpp의 정현파를 인가하였고, 저항 R1=[1KΩ], 가변저항R2=[1KΩ]을, 커패시터 C1=0.1[uF] 값을 측정하려는 커패시터 Cx=0.33[uF]를각각연결하였다. Vo가0[V]가되도록가변저항R2를조절하였다.
(2)R2를회로에서떼어낸다음멀티미터로저항값을측정하여표에기록하라.
(3)관련식을이용하여Cx를계산고표에기록하라
Cx
0.33[uF]
R2
3.19[Ω]
Cx(계산값)
0.31[uF]
❏실험3 인덕턴스측정
(1)실험회로를구성하라.
교류전원 V1=1[KHz], 15Vpp의 정현파를 인가하였고, 저항 R1=300[Ω], 가변저항R2=[5KΩ], 인덕터 L1=2.2[mH] 값을 측정하려는 인덕터Lx=4[mH]를 각가 연결하였다. Vo가 0[V]가 되도록 가변저항 R2를 조절하였다.
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