惠斯通桥|工作，示例，应用

在本教程中，我们将学习惠斯顿桥。我们将看到惠斯通电桥的工作原理，一些示例电路和一些重要的应用。

介绍

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于相应数量的等效变化。因此，需要对每个基于电阻的传感器进行信号调理。

例如，我们可以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，它的电阻随着照射到它上的光线量而变化。

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

如果电阻测量可能是从几个微欧姆到毫欧姆，那么它被认为是一个低电阻测量。这种测量方法实际上是用于研究目的。如果测量是从1欧姆到几百的KΩ一般称为介质电阻测量。普通电阻、电位器、热敏电阻等的测量都属于这一类。

非常高的电阻测量被认为从少数兆欧姆到大于100兆欧姆。为了求得电阻的中间值，采用了不同的方法，但多采用惠斯通电桥。

什么是惠斯顿桥?

桥式网络或电路是最流行和流行的电动工具之一，经常用于测量电路，换能器电路，开关电路和振荡器。

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用于测量诸如温度、压力、应变等物理量。

惠斯通电桥用于传感器中电阻的微小变化。这是用来转换电阻的变化到电压的变化的换能器。该电桥与运算放大器相结合，广泛应用于工业中的各种传感器和传感器。

例如，热敏电阻的电阻随着温度的变化而变化。同样，应变计在受到压力、力或位移时，其电阻也会发生变化。根据应用的类型，惠斯通电桥可以在平衡状态或不平衡状态下运行。

惠斯顿电桥由四个电阻器组成₁, R₂, R_3.和R₄)，它们以菱形连接，直流电源连接在菱形的顶部和底部点(电路中的C和D)，输出穿过其他两端(电路中的a和B)。

这个电桥是用来非常精确地找到未知的电阻，通过比较它与已知的电阻值。在此桥中，使用零值或平衡条件来查找未知电阻。

为了使电桥处于平衡状态，a点和B点的输出电压必须等于0。从以上电路来看:

如果有以下情况，桥处于平衡状态:

V_出V = 0

为了简化上述电路的分析，我们重画如下:

现在，在平衡状态下，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，电阻间的电压R_3.我们称它为V_3.)和R₄我们称它为V₄)也是平等的。所以,

V_3.= V₄

电压的比值可以写成:

V₁/ V_3.= V₂/ V₄

由欧姆定律，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，如果我们知道三个电阻的值，就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

从重绘的电路中，如果V_在为输入电压，则A点的电压为:

V_在(右_3./ (R₁+ R_3.）)

同理，B点的电压为:

V_在(右₄/ (R₂+ R₄）)

为了平衡桥梁，V_出= 0。但是我们知道V_出= V_一个- - - - - - V_B．

所以，在桥梁平衡状态下，

V_一个= V_B

利用上面的公式，我们得到:

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

对上式进行简单处理后，得到:

R₁/ R_3.= R₂/ R₄

由上式可知，如果R₁是一个未知电阻，其值可由已知的R₂, R_3.和R₄．通常，未知值称为R_X在三个已知电阻中，有一个电阻(主要是R_3.在上述电路中)通常是一个可变电阻称为R_V．

使用平衡的惠斯通电桥找到未知阻力

在上面的电路中，我们假设R₁是未知电阻。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，根据上面的计算，要创造一个平衡的条件，电阻器的比率必须相等，即，

R_X/ R_3.= R₂/ R₄

因为比例R₂/ R₄是固定的，我们可以很容易地调整其他已知电阻(R_3.)，以达到上述条件。因此，重要的是R_3.是一个可变电阻，我们叫它R_V．

但我们如何检测平衡条件呢?这时可以使用电流计(一种老式的电流计)。通过将检流计放置在点A和点B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。在这一点上，记下R的值_V．利用下面的公式，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”。不平衡惠斯通电桥通常用于测量不同的物理量，如压力、温度、应变等。

要让这个工作传感器必须是电阻型的，即当所测量的量(温度、应变等)发生变化时，传感器的电阻发生适当的变化。在之前的电阻计算示例中，我们可以连接传感器来代替未知电阻。

温度测量用惠斯通电桥

现在让我们看看如何用一个不平衡的惠斯顿电桥来测量温度。我们在这里要用到的传感器叫做热敏电阻，它是一个温度相关的电阻。根据热敏电阻的温度系数，温度的变化将增加或减少热敏电阻的电阻。

因此，桥的输出电压为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。对于一个给定的菌株，抗性变化可能只是整个范围的一小部分。因此，为了精确测量电阻的部分变化，使用了惠斯通电桥配置。

下面的电路显示了一个惠斯通电桥，其中未知电阻被替换为一个应变计。

由于外力的作用，应变片的电阻发生变化，导致桥体不平衡。输出电压可以校准，以显示应变的变化。

应变计和惠斯通电桥的一种流行配置是重量秤。在这种情况下，应变计被小心地安装为一个称为测力元件的单元，这是一个将机械力转换为电信号的传感器。

通常，重量秤由四个测力元件组成，其中两个应变片在外力作用下会膨胀或拉伸(拉力型)，两个应变片在加载时会压缩(压缩型)。

如果应变片被拉紧或压缩，则电阻会增大或减小。因此，这会导致桥的不平衡。这就在电压表上产生了与应变变化相对应的电压指示。如果施加在应变片上的应变更大，那么仪表两端的电压差也就更大。如果应变为零，则电桥平衡，仪表显示零读数。

这是关于电阻测量使用惠斯通电桥进行精确测量。由于电阻的分数测量，惠斯通电桥主要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非常低的电阻值。
2. 采用惠斯通电桥和运算放大器对温度、应变、光等物理参数进行测量。
3. 我们也可以测量电容，电感和阻抗的数量使用变化的惠斯通电桥。

结论

惠斯顿桥的初学者指南。您学习了什么是惠斯通电桥电路，平衡电桥的含义是什么，如何使用惠斯通电桥计算未知电阻，以及如何使用不平衡的惠斯通电桥来测量不同的物理量，如温度和应变。