Der Wheatstone-Brücken-Rechner ermöglicht die präzise Analyse und Simulation klassischer Vier-Widerstands-Brückenschaltungen. Mit diesem Wheatstone-Brücken-Rechner berechnen Sie sowohl abgeglichene Brücken zur Bestimmung eines unbekannten Widerstands ($R_x$) als auch unabgeglichene Messbrücken zur Ermittlung der resultierenden Brückenspannung ($V_{out}$).
Funktionsweise und Bedienung des Rechners
- Berechnungsmodus wählen: Entscheiden Sie sich im Wheatstone-Brücken-Rechner für den Modus Abgeglichen (zur Bestimmung des unbekannten Widerstands $R_x$) oder Unabgeglichen (zur Bestimmung von $V_{out}$).
- Widerstandswerte eingeben: Tragen Sie die bekannten Widerstandswerte $R_1$, $R_2$ und $R_3$ ein (sowie $R_4$ im unabgeglichenen Modus).
- Speisespannung definieren: Geben Sie bei der Berechnung der Brückenspannung die anliegende Versorgungsspannung ($V_s$) in Volt an.
- Ergebnis ablesen: Das Tool berechnet sofort den gesuchten Widerstandswert oder die Brückendiagonalspannung inklusive Auswertung des Abgleichzustands.
Formeln & mathematische Grundlagen
Eine Wheatstone-Messbrücke besteht aus zwei parallelen Spannungsteilerzweigen, die an einer gemeinsamen Speisespannung $V_s$ betrieben werden:
Abgleichbedingung: R1 / R2 = R3 / R4 bzw. R1 · R4 = R2 · R3
Unbekannter Widerstand: Rx = R3 · R2 / R1
Brückenspannung (Vout): Vout = Vs · ( R2 / (R1 + R2) − R4 / (R3 + R4) )Abgeglichene Brücke (Nullmethode)
Befindet sich die Schaltung im Gleichgewicht, ist das elektrische Potenzial an beiden Brückenknoten identisch. Es fließt kein Querstrom und die Brückenspannung $V_{out}$ beträgt exakt $0\text{ V}$. Ändert sich ein Widerstandswert, kann der unbekannte Widerstand $R_x$ direkt über das Verhältnis der übrigen drei Präzisionswiderstände ermittelt werden.
Unabgeglichene Brücke (Ausschlagmethode)
Wird die Messbrücke zur Signalaufnahme in der Sensorik verwendet, misst man die diagonale Differenzspannung $V_{out}$. Bei geringen relativen Widerstandsänderungen verhält sich das Ausgangssignal nahezu linear zur mechanischen oder thermischen Messgröße.
Typische Anwendungsbereiche
- Dehnungsmessstreifen (DMS): Erfassung kleinster mechanischer Verformungen, Dehnungen und Kräfte in Wägezellen und Drehmomentaufnehmern.
- Temperaturmessung mit RTD & PT100: Hochpräzise Signalauswertung temperaturabhängiger Platin-Widerstände in Industrieanlagen.
- Präzisions-Widerstandsmessung: Exakte Bestimmung ohmscher Widerstände im Labor ohne Verfälschung durch Zuleitungswiderstände.
- Lehre & Schaltungstechnik: Anschauliches Verstehen von Brückenschaltungen und Spannungsteilern mit dem Wheatstone-Brücken-Rechner.