惠斯通桥|工作，例子，应用

在本教程中，我们将了解惠特斯通桥。我们将看到惠斯通电桥的工作原理，几个例子电路和一些重要的应用。

简介

在模拟电子学的世界里，我们会遇到各种各样的信号，有些是通过电阻的变化来测量的，有些是通过电感和电容的变化来测量的。

如果我们考虑电阻，大多数工业传感器，如温度、应变、湿度、位移、液位等，产生的电阻值的变化对应相应数量的等效变化。因此，需要对每一个基于电阻的传感器进行信号调理。

例如，我们能想到的最简单的设备是光依赖电阻或异地恋．顾名思义，LDR是一种设备，它的电阻会根据照射到它的光的数量而变化。

一般来说，电阻测量分为三种类型:

• • 低电阻测量
  • 介质电阻测量
  • 高阻测量

如果电阻测量的范围可能在几微欧到毫欧之间，则被认为是低电阻测量。这种测量实际上是用于研究目的的。如果测量范围从1欧姆到几百欧姆KΩ一般称为中阻测量。普通电阻器、电位器、热敏电阻器等的测量属于这一类。

非常高的电阻测量被考虑从几兆欧姆到大于100兆欧姆。为了寻找电阻的中值，使用了不同的方法，但大多使用惠斯通电桥。

惠斯通桥是什么?

桥式网络或电路是最受欢迎的电气工具之一，常用于测量电路、传感器电路、开关电路和振荡器中。

惠斯通电桥是最常见和最简单的电桥网络/电路之一，可以用来非常精确地测量电阻。但惠斯通电桥通常与传感器一起使用，以测量物理量，如温度，压力，应变等。

惠斯通电桥用于在传感器中测量电阻的微小变化的应用。这用于将电阻的变化转换为传感器电压的变化。该电桥与运算放大器的组合广泛应用于工业中各种传感器和传感器。

例如，当热敏电阻受到温度变化时，它的电阻会发生变化。同样，应变计在受到压力、力或位移时，其电阻也会发生变化。根据应用类型的不同，惠斯通桥可以在平衡状态或非平衡状态下运行。

惠特斯通电桥由四个电阻(R₁, R₂, R_3.和R₄)，以菱形连接，直流电源连接在菱形的顶部和底部点(电路中的C和D)，输出通过另两端(电路中的a和B)。

该电桥用于通过与已知电阻值进行比较，非常精确地找到未知电阻。在此电桥中，使用Null或Balanced条件来查找未知电阻。

为了使桥处于平衡状态，a点和B点的输出电压必须等于0。从上面的电路:

在下列情况下，桥梁为平衡状态:

V_出V = 0

为了简化上述电路的分析，我们将其重新绘制如下:

现在，在平衡条件下，电阻之间的电压R₁和R₂是相等的。如果V₁R上的电压是多少₁和V₂R上的电压是多少₂,那么:

V₁= V₂

类似地，电阻之间的电压R_3.(我们称它为V_3.)和R₄(我们称它为V₄)也是相等的。所以,

V_3.= V₄

电压的比值可以写成:

V₁/ V_3.= V₂/ V₄

根据欧姆定律，我们得到:

我₁R₁/我_3.R_3.=我₂R₂/我₄R₄

自从我₁=我_3.和我₂=我₄,我们得到:

R₁/ R_3.= R₂/ R₄

由上式可知，如果我们知道三个电阻的值，我们可以很容易地计算出第四个电阻的电阻。

计算电阻的另一种方法

从重绘的电路，如果V_在为输入电压，则A点电压为:

V_在(右_3./ (R₁+ R_3.）)

同理，B点的电压为:

V_在(右₄/ (R₂+ R₄）)

为了平衡这座桥，V_出= 0。但是我们知道V_出= V_一个- - - - - - V_B．

在平衡桥的情况下，

V_一个= V_B

利用上述方程，我们得到:

V_在(右_3./ (R₁+ R_3.)) = V_在(右₄/ (R₂+ R₄）)

对上式进行简单运算，得到:

R₁/ R_3.= R₂/ R₄

由上式可知，如果R₁是一个未知电阻器，它的值可以由已知的R₂, R_3.和R₄．通常，未知的值称为R_X在已知的三个电阻中，有一个电阻(多为R_3.)通常是一个称为R的可变电阻_V．

使用平衡惠斯通桥找到未知阻力

在上述电路中，我们假设R₁是一个未知电阻。我们称它为R_X．电阻R₂和R₄有一个固定的值。也就是说，比值R₂/ R₄也是固定的。现在，从上面的计算，为了创造一个平衡的条件，电阻的比率必须相等，即，

R_X/ R_3.= R₂/ R₄

因为比值R₂/ R₄是固定的，我们可以很容易地调整另一个已知电阻(R_3.)，以达到上述条件。因此，R_3.是一个可变电阻，我们称之为R_V．

但我们如何检测平衡条件呢?这就是可以使用电流计(老式安培计)的地方。通过将检流计放在A点和B点之间，我们可以检测到平衡状态。

R_X放置在电路中，调整R_V直到检流计指向0。此时，记下R的值_V．用下面的公式，我们可以计算出未知电阻R_X．

R_X= R_V(右₂/ R₄）

惠斯登电桥不平衡

如果V_出在上述电路中不等于0 (V_出≠0)时，惠特斯通桥被称为不平衡惠特斯通桥。通常，不平衡惠斯通电桥常用于测量不同的物理量，如压力、温度、应变等。

要让它起作用，传感器必须是电阻型的，即当传感器所测量的量(温度、应变等)发生变化时，传感器的电阻会发生适当的变化。在前面的电阻计算示例中，我们可以连接传感器来代替未知的电阻。

温度测量用惠斯通电桥

现在让我们看看如何用不平衡的惠斯通电桥测量温度。我们要用的换能器叫做热敏电阻，它是一个温度相关的电阻。根据热敏电阻的温度系数，温度的变化会增加或减少热敏电阻的电阻。

因此，桥的输出电压V_出将成为一个非零值。这意味着输出电压V_出与温度成正比。通过校准电压表，我们可以根据输出电压显示温度。

应变测量用惠斯通电桥

惠斯通电桥最常用的应用之一是应变测量。应变计是一种电阻与机械因素如压力、力或应变成比例变化的装置。

通常，应变片电阻的范围是30 Ω到3000 Ω。对于一个给定的应变，电阻的变化可能只是整个范围的一小部分。因此，为了准确测量电阻的分数变化，使用惠斯通桥结构。

下面的电路显示了惠斯通电桥，其中未知电阻被一个应变计取代。

由于外力的作用，应变计的电阻发生了变化，因此桥架变得不平衡。输出电压可经过校准以显示应变的变化。

应变计和惠斯通电桥的一个流行配置是在重量秤。在这种情况下，应变计被小心地安装为一个被称为测压元件的单个单元，它是一个将机械力转换为电信号的传感器。

通常，称重计由四个测压元件组成，其中两个应变计在外力作用时扩展或拉伸(张力型)，当施加负载时，两个应变计压缩(压缩型)。

如果应变计被拉紧或被压缩，则电阻可以增加或减少。因此，这就造成了桥架的不平衡。这在电压表上产生对应应变变化的电压指示。如果施加在应变计上的应变较大，则仪表两端的电压差较大。如果应变为零，那么桥平衡，仪表显示为零读数。

这是关于使用惠斯通电桥进行精确测量的电阻测量。由于电阻的分级测量，惠斯通电桥多用于应变计和温度计的测量。

应用程序

1. 惠斯通电桥用于精确测量极低的电阻值。
2. 惠斯通电桥配合运算放大器用于测量温度、应变、光等物理参数。
3. 我们还可以使用惠斯通电桥上的变化来测量电容、电感和阻抗的数量。

结论

惠斯通桥的初学者指南。你们学习了什么是惠特斯通电桥电路，平衡电桥的含义是什么，如何用惠特斯通电桥计算未知电阻，以及不平衡惠特斯通电桥如何用来测量不同的物理量，如温度和应变。