위트스톤 브리지 저항 계산기 — 미지 저항 측정

위트스톤 브리지는 전기 저항을 측정하는 가장 우아하고 정밀한 방법 중 하나입니다. 1833년 Samuel Hunter Christie가 발명하고 1843년 Sir Charles Wheatstone이 널리 알린 이 브리지 회로는 180년이 지난 지금도 전기 측정과 센서 기술의 핵심입니다. 전형적인 위트스톤 브리지는 네 개의 저항을 마름모꼴로 배치하고, 전압원을 서로 마주 보는 한 쌍의 노드 사이에 연결하며, 검류계(또는 차동 전압계)를 다른 한 쌍의 노드 사이에 연결합니다. 브리지가 균형 상태일 때, 즉 한 쪽 팔의 저항비가 다른 쪽과 같을 때는 검류계에 전류가 흐르지 않습니다. 이 영점 조건을 이용해 미지 저항을 매우 높은 정확도로 구합니다. 균형 조건은 R1/R2 = R3/Rx로 표현되며, 이를 정리하면 Rx = R2·R3/R1이 됩니다. 이 식은 정확하며 보정이 필요하지 않습니다. 정확도는 R1, R2, R3를 얼마나 정확히 알고 있느냐에 따라 결정됩니다. 정밀 실험실 브리지는 백만 분의 1보다 더 좋은 저항 측정이 가능합니다. 브리지가 균형이 아닐 때——센서 응용에서는 작은 저항 변화를 감지해야 하므로 흔한 상황입니다——출력 전압 Vout은 공급 전압 Vs와 다음과 같이 관계됩니다: Vout = Vs·(Rx/(R2+Rx) − R3/(R1+R3)). 이 계산기는 이 식을 거꾸로 사용해, 측정된 출력 전압으로부터 Rx를 풉니다. 위트스톤 브리지는 스트레인 게이지 응용에 매우 중요합니다. 스트레인 게이지는 기계적 변형에 따라 저항이 변하는 저항 소자입니다. 스트레인 게이지를 구조물에 부착해 위트스톤 브리지에 연결하면, 힘, 압력, 토크, 변위를 서브 마이크로스트레인 수준의 정밀도로 측정할 수 있습니다. 로드셀, 압력 변환기, 힘 센서는 산업용 저울부터 항공기 착륙장치까지 다양한 곳에서 위트스톤 브리지 구성을 사용합니다. 저항 온도 검출기(RTD)와 서미스터 기반 온도 센서도 브리지 회로의 이점을 얻습니다. 저항은 온도에 따라 변하므로 브리지 출력 전압이 온도에 따라 예측 가능하게 변해 정밀한 온도 측정이 가능합니다. 백금 RTD(Pt100, Pt1000)는 산업 공정 제어에서 브리지 회로로 읽는 경우가 많습니다. 현대의 응용 분야는 바이오센서, 화학 센서, MEMS 장치로까지 확장되며, 생물학적 또는 화학적 상호작용으로 인한 아주 작은 저항 변화를 브리지 불균형으로 검출합니다. 영점 측정 또는 차동 전압에 기반한 브리지 원리의 단순함과 잡음 내성은 공통 모드 간섭과 전원 변동에 강하다는 장점이 있습니다.