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。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

在模拟电子产品的世界中,我们遇到各种信号,其中一些是通过电阻的变化来衡量的,其中一些是具有电感和电容的变化。

如果我们考虑阻力,大多数产业传感器,如温度,应变,湿度,位移,液位等。在相应量的等同变化中产生电阻值的变化。因此,需要一种基于电阻的传感器的信号调节。

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
    • 中等电阻测量
    • 高电阻测量

如果电阻测量可能是少数微米欧姆到毫米欧姆,则其被认为是低电阻测量。该测量实际上用于研究目的。如果测量为1欧姆至,则几百kΩ通常被称为中等电阻测量。测量正常电阻,电位计,热敏电阻等。

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。

什么是惠斯通桥?

桥接网络或电路是最受欢迎和最流行的电气工具之一,通常用于测量电路,传感器电路,开关电路和振荡器中。

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.)与菱形形状的,与钻石的顶部和底部点(电路中的电路中的C和D)连接的DC供给源连接,并且输出跨越另一个两端(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

现在,对于平衡条件,电阻器跨越电压r1和R2是相等的。如果V.1是r的电压1和V2是r的电压2, 然后:

V.1= V.2

类似地,电阻R之间的电压3.(让我们称之为v3.)和r4.(让我们称之为v4.)也是平等的。所以,

V.3.= V.4.

电压的比率可以写为:

V.1/ V.3.= V.2/ V.4.

来自欧姆的法律,我们得到:

一世1R.1/ 一世3.R.3.= I.2R.2/ 一世4.R.4.

自I.1= I.3.和我2= I.4.,我们得到:

R.1/ R.3.= R.2/ R.4.

从上面的等式中,如果我们知道三个电阻的值,我们可以轻松计算第四电阻的电阻。

计算电阻器的替代方法

从重新触发,如果v是输入电压,然后点A处的电压是:

V.(r.3./(r.1+ R.3.)))

类似地,点B处的电压是:

V.(r.4./(r.2+ R.4.)))

对于桥梁的平衡,v出去= 0.但我们知道V.出去= V.一种- - - - - - VB.

所以,在平衡的桥梁条件下,

V.一种= V.B.

使用上述等式,我们得到:

V.(r.3./(r.1+ R.3.)))= v(r.4./(r.2+ R.4.)))

对上述方程进行简单处理,可得:

R.1/ R.3.= R.2/ R.4.

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..通常,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.

使用平衡惠斯通桥发现耐抗性

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.有一个固定值。这意味着,比率r2/ R.4.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,

R.X/ R.3.= R.2/ R.4.

由于比率r2/ R.4.是固定的,我们可以轻松调整其他已知电阻(R3.)为了实现上述条件。因此,重要的是3.是一个可变电阻,我们呼叫rV.

但我们如何检测到平衡条件?这是可以使用电流计(旧学校电流表)的地方。通过将电流计放在点A和B之间,我们可以检测平衡条件。

RX放在电路中,调整rV.直到电流计指向0.此时,请注意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

R.X= R.V.(r.2/ R.4.

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。

惠斯通桥用于温度测量

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的输出电压出去将成为非零价值。这意味着输出电压V出去与温度成比例。通过校准电压表,我们可以在输出电压方面显示温度。

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。

下面的电路显示了惠斯通桥,其中未知电阻被抑制仪表替换。

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

如果应变仪要么张紧或压缩,那么电阻会增加或减少。因此,这导致桥的不平衡。这产生电压表上的电压指示对应于应变变化。如果施加在应变计上的应变更多,则仪表终端上的电压差更大。如果应变为零,则桥梁余额和仪表显示零读数。

这是关于使用惠斯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. 惠斯通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

惠斯通桥上的初学者指南。您学习了什么是惠斯通桥电路,平衡桥的含义是什么,如何使用惠斯通桥计算未知的阻力,以及如何使用不平衡的惠斯通桥来测量与温度和菌株相同的不同物理量。

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