Wie die Kelvin-Doppelbrücke ultra-niedrige Widerstände misst

Die Kelvin-Doppelbrücke ist ein Präzisionsinstrument zur Messung sehr niedriger Widerstände – bis in den Milliohm-Bereich – wo eine normale Wheatstone-Brücke an Leitungs- und Kontaktwiderständen scheitert.

Warum eine Doppelbrücke?

Bei Niedrigohmmessung wird der Widerstand der Anschlussleitungen und Kontakte signifikant gegenüber dem unbekannten Widerstand. Die Kelvin-Brücke fügt eine zweite Paar Verhältnisarme hinzu, um diese Parasitärwiderstände auszugleichen.

Schaltungsaufbau

Die Brücke hat zwei parallele Zweige:

• Zweig A: Enthält unbekannten Widerstand X in Serie mit seinen Leitwiderständen.
• Zweig B: Enthält Normalwiderstand Rₛ und variablen Widerstand R.

Zwei zusätzliche Verhältnisarme (R₁, R₂ und R₁', R₂') verbinden die Knotenpunkte von Unbekanntem und Normalwiderstand mit einem Galvanometer G.

Abgleichsverfahren

1. Variablen Widerstand R einstellen bis Galvanometer Null anzeigt (Nullbedingung).
2. Im Gleichgewicht ist Potentialdifferenz zwischen den beiden Zwischenknoten null.
3. Unbekannter Widerstand berechnet sich als X = Rₛ × (R₂ / R₁), vorausgesetzt Verhältnisarme sind gematcht (R₁/R₂ = R₁'/R₂').

Anwendungen

• Kalibrierung von Shunts und Normalwiderständen.
• Prüfung Kontaktwiderstand von Schaltern, Relais, Steckverbindern.
• Messung Wicklungswiderstand von Transformatoren und Motoren.
• Qualitätskontrolle in Präzisionsfertigung.

Die Kelvin-Brücke bleibt Eckpfeiler der elektrischen Messtechnik, ermöglicht präzise Charakterisierung von Bauteilen, wo selbst Mikroohm zählen.