惠斯通电桥|工作,实例,应用

在本教程中,我们将学习惠斯通桥。亚博彩票下载我们将看到惠斯通桥的工作原理,少数示例电路和一些重要应用。

介绍

在模拟电子学的世界里,我们遇到各种各样的信号,亚博最新官网网址其中一些是通过电阻的变化来测量的,而另一些则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,都会产生相应量的等效变化的电阻值的变化。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,它的电阻会随着照射到它上的光量而变化。

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

如果测量的电阻可能从几个微欧姆到毫欧姆,则认为是低电阻测量。这个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KΩ一般称为介质电阻测量。测量普通电阻器、电位器、热敏电阻等都属于这一类。

将很少的巨型欧姆视为大于100兆欧欧姆,非常高的电阻测量。为了找到使用电阻不同方法的介质值,但主要使用惠斯通桥。

惠斯顿桥是什么?

桥式网络或电路是最流行的电气工具之一,经常用于测量电路,传感器电路,开关电路,也在振荡器。

惠斯通桥是最常见和最简单的桥接网络/电路之一,可用于非常精确地测量电阻。但是,惠斯通桥通常与换能器一起使用以测量温度,压力,应变等的物理量。

惠斯通桥用于在传感器中测量电阻的小变化的应用中。这用于将电阻的变化转换为换能器的电压的变化。该桥与运算放大器的组合在各种换能器和传感器的行业中广泛使用。

例如,当温度变化时,热敏电阻的电阻变化。同样,当受到压力,力或位移时,应变仪,其电阻变化。根据应用类型,惠斯通桥可以在平衡状态或不平衡状态下操作。

惠斯顿电桥由四个电阻器(R1,R.2,R.3.和R4),以钻石的形状连接,直流电源通过钻石的顶部和底部点(电路中的C和D)连接,输出通过其他两端(电路中的a和B)。

惠斯通布里奇-1

通过将其与已知的电阻值进行比较,该桥用于找到未知的阻力。在该桥梁中,使用空或平衡条件来找到未知的电阻。

对于该桥在平衡状态下,点A和B处的输出电压必须等于0.从上述电路中:

如果:桥处于平衡状态:

V出去= 0 V.

为了简化上述电路的分析,让我们重新绘制如下:

WB-2

在平衡条件下,电阻R上的电压1和R2是相等的。如果V1是r的电压1和V2是r的电压2,那么:

V1= V.2

类似地,电阻R之间的电压3.(我们称它为V3.)和R4(我们称它为V4)也是平等的。所以,

V3.= V.4

电压比值可表示为:

V1/ V3.= V.2/ V4

根据欧姆定律,我们得到:

1R1/我3.R3.= I.2R2/我4R4

自从我1= I.3.和我2= I.4,我们得到:

R1/ R3.= R.2/ R4

由上式可知,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。

计算电阻器的替代方法

从重新触发,如果v为输入电压,则A点电压为:

V(右3./ (R1+ R.3.)))

类似地,点B处的电压是:

V(右4/ (R2+ R.4)))

对于桥梁的平衡,v出去= 0.但我们知道V出去= V.一个- - - - - - VB

所以,在桥的平衡状态下,

V一个= V.B

由上式可知:

V(右3./ (R1+ R.3.)) = V(右4/ (R2+ R.4)))

对上述方程进行简单处理,可得:

R1/ R3.= R.2/ R4

从上面的等式,如果是1是一个未知的电阻器,其值可以从已知的R值计算2,R.3.和R4。一般将未知值称为RX其中三种已知的电阻,一个电阻(主要是R3.在上述电路中)通常是可变电阻,称为RV

使用平衡惠斯通电桥找出未知电阻

在上述电路中,我们假设R1是一个未知的电阻器。所以,让我们称之为rX。电阻器R.2和R4有一个固定的值。这意味着比率R2/ R4也是固定的。现在,从上面的计算来创建平衡条件,电阻器的比例必须等于即,

RX/ R3.= R.2/ R4

因为比值R2/ R4固定时,我们可以很容易地调整另一个已知电阻(R3.),以达到上述条件。因此,R3.是一个可变电阻,我们呼叫rV

但是我们如何检测平衡状态呢?这就是电流计(一种老式的电流计)可以使用的地方。将振镜放在A点和B点之间,可以检测出平衡状态。

RX放置在电路中,调整RV直到电流计指向0。此时,请记下R的值V。通过使用以下公式,我们可以计算未知的电阻器rX

RX= R.V(r.2/ R4)

不平衡的惠斯通桥

如果V出去在上述电路中不等于0 (V出去≠0),惠斯通据说是一个不平衡的惠斯通桥。通常,不平衡的惠斯通桥通常用于测量不同的物理量,如压力,温度,应变等。

为此工作,传感器必须具有电阻型即,当测量的量(温度,菌株等)变化时,换能器的电阻适当地变化。代替在先前的电阻计算示例中的未知电阻,我们可以连接换能器。

用于温度测量的惠斯通电桥

现在让我们看看如何使用不平衡惠斯顿电桥来测量温度。我们这里要用到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,温度的变化将增加或减少热敏电阻的电阻。

WB-TEMP-1

结果,桥梁V的输出电压出去会变成一个非零值。这意味着输出电压V出去与温度成正比。通过校准电压表,我们可以根据输出电压显示温度。

应变测量用惠斯顿电桥

惠斯通桥的最常用应用之一是应变测量。应变仪是一种装置,其电阻与压力,力或菌株相同的机械因素成比例地变化。

通常,应变片电阻的范围从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,为了准确测量电阻的微小变化,使用惠斯通电桥配置。

下面的电路显示惠斯顿电桥,未知电阻被应变计取代。

应变测量用惠斯顿电桥

由于外力的作用,应变片的电阻发生变化,从而使桥梁变得不平衡。输出电压可以通过校准来显示应变的变化。

一种普遍的应变仪和惠斯通桥的配置是体重秤。在此,作为称为负载电池的单个单元小心地安装应变仪,其是将机械力转换为电信号的换能器。

通常,重量秤由四个测压元件组成,其中两个应变片在外力作用时膨胀或拉伸(张力型),两个应变片在加载时压缩(压缩型)。

WB-SG-1

如果应变片被拉伸或压缩,则电阻可以增加或减少。因此,这就造成了桥的不平衡。这在电压表上产生对应于应变变化的电压指示。如果应变片上的应变更大,那么仪表两端的电压差就更大。如果应变为零,则电桥平衡,仪表显示零读数。

这是关于使用惠斯亚博彩票下载通桥用于精确测量的电阻测量。由于电阻的分数测量,惠斯通桥主要用于应变计和温度计测量。

应用程序

  1. 惠斯顿电桥用于精确测量极低电阻值。
  2. 惠斯通桥与运算放大器一起用于测量温度,应变,光等的物理参数。
  3. 我们还可以使用惠斯通桥的变化来测量数量电容,电感和阻抗。

结论

惠斯顿桥上的新手向导。你们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惠斯通电桥来测量不同的物理量,如温度和应变。

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