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惠斯通电桥的工作原理、电路图及电阻测试方法

367 2022-06-20 来源: IC先生 作者: IC先生

惠斯通电桥也被称之为电阻桥,即由“查尔斯·惠斯通”发明。该桥式电路用于计算未知电阻值,并作为调节测量仪器、电流表、电压表等方式之一。

如今,惠斯通电桥被用于许多应用中,例如:它可以与现代运算放大器一起使用,将各种传感器和换能器连接到放大器电路。惠斯通桥式电路由两个简单的串联和并联电阻构成,位于电源端子和接地端子之间。当电桥平衡时,接地端子在两个并联支路之间产生零电压差。

另外,惠斯通电桥由两个i/p和两个o/p端子组成,包括四个排列成菱形的电阻器

惠斯通电桥

惠斯通电桥工作原理

惠斯通电桥广泛用于测量电阻。该电路由两个已知电阻、一个未知电阻和一个可变电阻组成,它们以电桥的形式连接。当调节可变电阻时,电流计中的电流变为零,两个未知电阻之比等于未知电阻值与调节后可变电阻值之比。通过使用惠斯通电桥,可以轻松测量未知电阻值。

惠斯通电桥电路布置

惠斯通电桥的电路图如下所示。该电路设计有四个臂,即AB、BC、CD和AD,由电阻P、Q、R和S组成。在这四个电阻中,P和Q是已知的固定电阻。检流计通过S1开关连接在B和D端子之间。电压源通过开关 S2连接到A&C端子。

另外,可变电阻器“S”连接在端子C和D之间。当可变电阻器的值调整时,端子D的电位会发生变化。例如,电流I1和I2流过点ADC和ABC。当臂CD的电阻值发生变化时,I2电流也会发生变化。

惠斯通电桥电路布置

如果倾向于调整可变电阻,则当电阻器S上的电压降(即I2.S)变得特别能够影响电阻器Q上的电压降(即 I1.Q)时,出现一种情况是可能会返回一次。因此B点的电位等于D点的电位,而这两个点的电位差 b/n为零,所以通过检流计的电流为零。然后,当S2开关闭合时,检流计中的偏转为零。

惠斯通电桥推导公式

从上面的惠斯通电桥电路图可以看出,电流I1和I2分别是:

I1=V/P+Q、I2=V/R+S

现在B点相对于C点的电位是Q晶体管两端的电压降,则等式为:

I1Q= VQ/P+Q…………………………..(1)

D点相对于C的电位是电阻S两端的电压降,则等式为:

I2S=VS/R+S…………………………..(2)

从上面的等式1和2我们得到:

VQ/P+Q = VS/R+S

Q/P+Q = S/R+S

P+Q/Q=R+S/S

P/Q+1=R/S+1

P/Q=R/S

R=SxP/Q

在上式中,P/Q和S的值是已知的,因此可以很容易地确定R值。

惠斯通电桥的电阻P、Q等是一定比例的,它们是1:1;10:1(或)100:1,称为比率臂,变阻器臂S始终在1-1,000欧姆或1-10,000欧姆之间变化。

惠斯通电桥示例演示

下面的电路是一个不平衡的惠斯通电桥,计算C和D点的o/p电压,需要电阻R4的阻值来平衡电桥电路。

惠斯通电桥示例演示

在上述电路中,第一个串联臂为ACB:

Vc= (R2/(R1+R2)) X Vs,其中:

R2=120ohms, R1=80 ohms, Vs=100

将这些值代入上式可以得到:

Vc= (120/(80+ 120)) X 100 = 60伏

上述电路中的第二个串联臂是ADB:

VD = R4/(R3+R4) X Vs,代入值得到:

VD= 160/ (480+160) X 10 =25伏特

这样,C和D点之间的电压为:

Vout= VC-VD=60特 - 25 = 35

平衡惠斯通电桥所需的R4电阻值如下:

R4= R2 R3/R1 = 120X480 / 80 = 720 ohms。

因此,最后可以得出结论,惠斯通电桥有两个i/p和两个o/p端子,即A&B、C&D。当上述电路平衡时,o/p端子上的电压为零伏。当惠斯通电桥不平衡时,o/p电压可能为+ve或-ve,具体取决于不平衡方向。

惠斯通电桥的应用

惠斯通电桥的应用是使用惠斯通电桥电路的光检测器,电路图如下:

惠斯通电桥光检测器电路

平衡桥电路在许多电子应用中用于测量光强度、应变或压力的变化。可用于惠斯通电桥电路的不同类型的电阻传感器包括:电位器、LDR、应变计和热敏电阻等。

惠斯通电桥应用用于感测电气量和机械量。但是,简单的惠斯通电桥应用是使用光阻器件进行光测量。在惠斯通电桥电路中,将一个光敏电阻器放置在其中一个电阻器的位置。

LDR是一种无源电阻传感器,用于将可见光水平转换为电阻变化和电压变化。LDR可用于测量和监控光强度水平。LDR在100勒克斯的光强度下具有大约900Ω的暗光或暗光下的几兆欧电阻,而在强光下低至约 30欧姆。通过在惠斯通电桥电路中连接光敏电阻,可以测量和监测光照水平的变化。

总结

简单来说,惠斯通电桥是一种可以精确测量电阻的仪器,通用的惠斯通电桥电阻R1,R2,R3,R4叫做电桥的四个臂,G为检流计,用以检查它所在的支路有无电流。它与应用程序一起工作,是一种精度很高的电阻测量方式。

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惠斯通电桥的工作原理、电路图及电阻测试方法


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文章标签: 电阻
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