Wat is een impedantiebrug?
Een moderne impedantiebrug is een apparaat dat wordt gebruikt om impedantie, capaciteit of inductie te meten. De grootvader van de gegeneraliseerde impedantiebrug is de Wheatstone-brug, een elektrisch circuit bedacht door Samuel Christie in 1833 en zo'n tien jaar later gepopulariseerd door Sir Charles Wheatstone. Wheatstone-bruggen, met hun karakteristieke diamantcircuitdiagrammen, gebruiken twee vaste impedantieweerstanden en een variabele weerstand om de onbekende impedantie van een vierde weerstand te meten.
De Wheatstone-brug is een gelijkstroomapparaat (DC). Een modern apparaat kan worden omgeschakeld van DC naar wisselstroom (AC) en weer terug. Zowel de Wheatstone-brug als zijn moderne afstammeling, de gegeneraliseerde impedantiebrug, werken op hetzelfde principe, namelijk het balanceren van een elektrisch circuit. Het basisidee is dat als een circuit twee weerstanden van bekende waarde bevat, een variabele weerstand en een weerstand van onbekende waarde kunnen worden gebruikt om de waarde van de onbekende weerstand te bepalen, en een meetapparaat dat bekend staat als een potentiometer wordt gebruikt om te bepalen wanneer de variabele weerstand heeft het balanspunt voor het circuit bereikt. In vergelijkingsvorm is R 1 / R2 = R (u) / R var, waarbij R 1 en R2 weerstanden van bekende waarde zijn, R (u) de weerstand met onbekende impedantie en R var is de variabele weerstand met een display om op elk moment zijn impedantie tonen.
Moderne impedantiebruggen hebben verschillende circuits. Eén circuit is waarschijnlijk het oorspronkelijke testcircuit, met een uitlezing in Ohm, ook bekend als een Ohm-meter. Andere circuits kunnen verschillende combinaties van weerstanden, condensatoren, inductantiespoelen en misschien een signaalgenerator en een stroombron omvatten. Met deze circuits kan de moderne impedantiebrug veel elektrische apparaten en circuits testen, van weerstanden en condensatoren tot het afstemmen van een antenne. Wisselstroomcircuits zijn een beetje lastiger dan gelijkstroomcircuits omdat het circuit niet in evenwicht zal zijn totdat de fase van het wisselstroomnet aan beide zijden van de brug hetzelfde is.
Een potentieel probleem voor de gevoelige wisselstroombrugcircuits is dat condensatoren de neiging hebben om stroom te 'lekken'. Zwerfstroom van condensatorlekkage genereert onjuiste metingen op de detector of meter. Een oplossing voor het probleem is om een zogenaamd Wagner-aardingscircuit toe te voegen. Het Wagner-aardingscircuit is een geaarde spanningsdeler die is ontworpen om de spanningsverhouding en faseverschuiving aan elke zijde van de brug te hebben. Vaak is er een schakelaar met twee standen waarmee de gebruiker kan bevestigen dat het circuit goed is ingesteld, en wanneer de potentiometer nul registreert in beide schakelposities, is een foutloze meting gegarandeerd.