惠斯通電橋(又稱單臂電橋)是一種可以精確測量電阻的儀(yi) 器。通用的惠斯通電橋電阻R1,R2,R3,R4叫做電橋的四個(ge) 臂,G為(wei) 檢流計,用以檢查它所在的支路有無電流。
當G無電流通過時,稱電橋達到平衡。平衡時,四個(ge) 臂的阻值滿足一個(ge) 簡單的關(guan) 係,利用這一關(guan) 係就可測量電阻。
惠斯通電橋是由四個(ge) 電阻組成的電橋電路,這四個(ge) 電阻分別叫做電橋的橋臂,惠斯通電橋利用電阻的變化來測量物理量的變化,單片機采集可變電阻兩(liang) 端的電壓然後處理,就可以計算出相應的物理量的變化,是一種精度很高的測量方式。
非平衡電橋一般用於(yu) 測量電阻值的微小變化,例如將電阻應變片(將電阻絲(si) 做成柵狀粘貼在兩(liang) 層薄紙或塑料薄膜之間構成)粘固在物件上,當物件發生形變時,應變片也隨之發生形變,應變片的電阻由電橋平衡時的Rx變為(wei) Rx+△R,這時檢流計通過的電流Ig也將變化,再根據Ig與(yu) △R的關(guan) 係就可測出△R,然後由△R與(yu) 固體(ti) 形變之間的關(guan) 係計算出物體(ti) 的形變量。
用這種方法可測量應變、拉力、扭矩、振動頻率等。
惠斯通電橋不是惠斯通發明的,在測量電阻及其它電學實驗時,經常會(hui) 用到叫惠斯通電橋的電路,很多人認為(wei) 這種電橋是惠斯通發明的,其實,這是一個(ge) 誤會(hui) ,這種電橋是由英國發明家克裏斯蒂在1833年發明的,但是由於(yu) 惠斯通第一個(ge) 用它來測量電阻,所以人們(men) 習(xi) 慣上就把這種電橋稱作了惠斯通電橋。
惠斯通電橋構成
惠斯通電橋是由四個(ge) 電阻組成的電橋電路,這四個(ge) 電阻分別叫做電橋的橋臂,惠斯通電橋利用電阻的變化來測量物理量的變化,單片機采集可變電阻兩(liang) 端的電壓然後處理,就可以計算出相應的物理量的變化,是一種精度很高的測量方式。電路形式如下圖所示。
在電橋中有三個(ge) 電阻阻值是固定的分別為(wei) R1,R2,R3,第四個(ge) 電阻是可變的為(wei) Rx,Rx發生變化時,圖中B,D兩(liang) 點之間的電壓發生變化,通過采集電壓的變化就可以知道環境中物理量的變化,而從(cong) 實現測量的目的。下麵舉(ju) 例介紹電橋電路的計算方式。
惠斯通電橋公式推導
假設流過R1,R2橋臂的電流為(wei) I1,流過R3,Rx橋臂的電流為(wei) I2,電橋供電電壓為(wei) VCC,如下圖所示。
通過歐姆定律可以計算出每個(ge) 電阻兩(liang) 端的電壓。在R1和R2這兩(liang) 個(ge) 橋臂上,R1,R2將VCC電壓分壓,R2電阻兩(liang) 端得到的電壓即為(wei) V1;在R3和Rx這個(ge) 橋臂上,R3,Rx將VCC電壓分壓,R3電阻兩(liang) 端得到的電壓即為(wei) V2。下麵分別用歐姆定律計算V1和V2。
流過電阻R1和R2的電流I1:
R2兩(liang) 端的電壓V1:
流過電阻R3和Rx的電流I2:
R3兩(liang) 端的電壓:
V1和V2的電壓差:
由此可以看出:
如果4個(ge) 電阻都相等,即R1=R2=R3=Rx,那麽(me) ΔV=0,即電橋處於(yu) 平衡狀態;
Rx發生變化會(hui) 導致△V發生變化;
惠斯通電橋的應用
惠斯通電橋是一種檢測電路,雖然它的結構簡單,但它的準確度和靈敏度都比較高,在醫學診斷和檢測儀(yi) 器中有廣泛的應用。
惠斯通電橋的測量靈敏度在科學研究,生產(chan) 應用中都具有重大意義(yi) 。惠斯通電橋在當代科學測量中的應用非常廣泛,同時也廣泛地被應用在自動控製中。
惠斯通電橋也廣泛應用在稱重檢測元件上等。