一文了解惠斯通电桥原理

惠斯通电桥是一个划时代的发现。它是高中物理学和大学电路学的分界线。这也是一个典型的例子,电报出现在1838年后,增加了电路分析和计算的需要。惠斯通电桥本身也是一个智能结晶。由于电源存在内部阻力,因此直接用伏安法测量电阻,存在一定的误差。在精确性的追求下,惠斯通首次被用来测量电阻。从理论上讲,惠斯通电桥和优通电路学中的毕达哥拉斯图零误差是最简单的模型,但实现了电路学的版本,因此开始研究它具有重要意义。那么,惠斯通电桥的原理是什么,下面为您详细讲解。
惠斯通电桥
惠斯通电桥

  一、惠斯通电桥的定义

  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。

  二、惠斯通电桥的原理

  惠斯通电桥执行类似的功能,可用于静态和动态信号。惠斯通电桥功能的最佳可视化是将其看作连接到公共电压源的两个简单的分压器。如果这些分压器中的电阻值相等,则每个分压器中点的电压将相等。连接在这两个点之间的DC电压表将指示零电压,即使两个点都处于1/2激励电压的电压电位。组成分压器的任何一个电阻器的小变化将导致分压器的相对变化
  并在电压表上显示。由于在这些点仅存在应变产生信号,所以可以安装DC放大器代替电压计,并且产生高电平信号,而不管在这两个点处存在的大共模电压。
  如果惠斯通电桥电路由4个相等电阻的应变计组成,这些应变计是无应变的,则称该桥为“平衡”,并且在桥输出端子处不存在输出电压。作为应变计的结构加载电阻,电阻增加或减小,导致电桥变得不平衡并产生成比例的信号。根据桥中每个量计的位置,电阻变化将从输出信号增加或减少。惠斯通电桥的固有计算特性用于力传感器的设计中的多个目的。
  该特征的一般使用是消除与期望的应变相关变化无关的电阻变化效应。例如,温度将在施加到零件的所有规格中产生相等的应变变化。如果所有量具都受到同等的影响,桥梁将有效地消除这些温度相关的变化。被测量以感测弯曲的梁通常具有以“对”安装的量具,其中一个量具将测量张力应变,而另一个量具优于特定梁截面。通过将这两个量规放置在“相邻”桥“臂”中,信号,虽然符号相反,但是相对于桥输出是相加的。施加到梁的端部载荷将同等地影响两个计量,使桥接器消除其对桥接器的视在输出的影响。单独测量信号的这种相加和相减用于产生对沿着限定的轴的力敏感的力传感器。
  重要的是要注意,为了消除这些外部信号,每个计量对必须具有相等但相反的电阻变化。如果一个或多个这些应变片被外部无源电阻意外或故意“分流”,不仅测量片的基极电阻改变,而且其有效灵敏度(量具因子)也改变。该效应通常用于校正传感器的“串扰”灵敏度以及“微调”其在空间中的敏感力轴位置。还不幸地由不知不觉地由传感器的用户执行,该传感器直接跨越各个桥臂施加外部电阻网络,以试图“平衡”传感器。有时,这些寄生分流网络以“T”平衡网络的形式在市场上可买到的“读出”仪器中找到,并且用户必须谨慎地组合力测量系统,否则他可能发现除了参数之外还测量某物他感兴趣。

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