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图解惠斯通电桥公式推导详解

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2018-09-22

  惠斯通电桥(又称单臂电桥)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

  当G无电流通过时,称电桥达到平衡。平衡时,四个臂的阻值满足一个简单的关系,利用这一关系就可测量电阻。

  惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路,这四个电阻分别叫做电桥的桥臂,惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化,单片机采集可变电阻两端的电压然后处理,就可以计算出相应的物理量的变化,是一种精度很高的测量方式。

  非平衡电桥一般用于测量电阻值的微小变化,例如将电阻应变片(将电阻丝做成栅状粘贴在两层薄纸或塑料薄膜之间构成)粘固在物件上,当物件发生形变时,应变片也随之发生形变,应变片的电阻由电桥平衡时的Rx变为Rx+△R,这时检流计通过的电流Ig也将变化,再根据Ig与△R的关系就可测出△R,然后由△R与固体形变之间的关系计算出物体的形变量。

  用这种方法可测量应变、拉力、扭矩、振动频率等。

  惠斯通电桥不是惠斯通发明的,在测量电阻及其它电学实验时,经常会用到叫惠斯通电桥的电路,很多人认为这种电桥是惠斯通发明的,其实,这是一个误会,这种电桥是由英国发明家克里斯蒂在1833年发明的,但是由于惠斯通第一个用它来测量电阻,所以人们习惯上就把这种电桥称作了惠斯通电桥。

  惠斯通电桥构成

  惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路,这四个电阻分别叫做电桥的桥臂,惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化,单片机采集可变电阻两端的电压然后处理,就可以计算出相应的物理量的变化,是一种精度很高的测量方式。电路形式如下图所示。

惠斯通电桥组成有哪几部分_有什么用

  在电桥中有三个电阻阻值是固定的分别为R1,R2,R3,第四个电阻是可变的为Rx,Rx发生变化时,图中B,D两点之间的电压发生变化,通过采集电压的变化就可以知道环境中物理量的变化,而从实现测量的目的。下面举例介绍电桥电路的计算方式。

  惠斯通电桥公式推导

  假设流过R1,R2桥臂的电流为I1,流过R3,Rx桥臂的电流为I2,电桥供电电压为VCC,如下图所示。

  通过欧姆定律可以计算出每个电阻两端的电压。在R1和R2这两个桥臂上,R1,R2将VCC电压分压,R2电阻两端得到的电压即为V1;在R3和Rx这个桥臂上,R3,Rx将VCC电压分压,R3电阻两端得到的电压即为V2。下面分别用欧姆定律计算V1和V2。

  流过电阻R1和R2的电流I1:

  R2两端的电压V1:

  流过电阻R3和Rx的电流I2:

  R3两端的电压:

  V1和V2的电压差:

  由此可以看出:

  如果4个电阻都相等,即R1=R2=R3=Rx,那么ΔV=0,即电桥处于平衡状态;

  Rx发生变化会导致△V发生变化;

  惠斯通电桥的应用

  惠斯通电桥是一种检测电路,虽然它的结构简单,但它的准确度和灵敏度都比较高,在医学诊断和检测仪器中有广泛的应用。

  惠斯通电桥的测量灵敏度在科学研究,生产应用中都具有重大意义。惠斯通电桥在当代科学测量中的应用非常广泛,同时也广泛地被应用在自动控制中。

  惠斯通电桥也广泛应用在称重检测元件上等。

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