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惠斯通电桥原理、计算公式及应用

2016-3-10 11:09| 编辑:电工学习网| 查看: 331511| 评论: 0

  1. 电阻桥定义解释

  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。其电路形式如下图所示。

电阻电桥(惠斯通电桥)分析及应用

  在电(dian)桥(qiao)中有三(san)个电(dian)阻(zu)阻(zu)值(zhi)是(shi)固定的(de)分别为R1,R2,R3,第四个电(dian)阻(zu)是(shi)可(ke)变的(de)为Rx,Rx发(fa)生变化(hua)(hua)时(shi),图(tu)中B,D两点之间(jian)的(de)电(dian)压(ya)发(fa)生变化(hua)(hua),通过采集电(dian)压(ya)的(de)变化(hua)(hua)就可(ke)以(yi)知道环境中物理量(liang)的(de)变化(hua)(hua),而从实现测量(liang)的(de)目的(de)。下面举例介绍(shao)电(dian)桥(qiao)电(dian)路(lu)的(de)计算方式。

  2. 电阻桥相关计算

  假设(she)流(liu)(liu)过R1,R2桥臂的电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)为(wei)I1,流(liu)(liu)过R3,Rx桥臂的电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)为(wei)I2,电(dian)(dian)(dian)桥供(gong)电(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)压为(wei)VCC,如(ru)下图所示。

电阻电桥(惠斯通电桥)分析及应用

  通过欧姆定(ding)律(lv)可以(yi)计算出(chu)每个电(dian)(dian)(dian)阻两(liang)端(duan)的(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)。在(zai)(zai)R1和R2这两(liang)个桥臂上,R1,R2将(jiang)VCC电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)分(fen)压(ya)(ya),R2电(dian)(dian)(dian)阻两(liang)端(duan)得(de)到的(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)即(ji)为V1;在(zai)(zai)R3和Rx这个桥臂上,R3,Rx将(jiang)VCC电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)分(fen)压(ya)(ya),R3电(dian)(dian)(dian)阻两(liang)端(duan)得(de)到的(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)即(ji)为V2。下面分(fen)别用(yong)欧姆定(ding)律(lv)计算V1和V2。

  流过电阻R1和R2的(de)电流I1:

电阻电桥(惠斯通电桥)分析及应用

  R2两端的电压V1:

电阻电桥(惠斯通电桥)分析及应用

  流过(guo)电阻R3和(he)Rx的电流I2:

电阻电桥(惠斯通电桥)分析及应用

  R3两端的电压:

电阻电桥(惠斯通电桥)分析及应用

  V1和V2的电(dian)压差(cha):

电阻电桥(惠斯通电桥)分析及应用

  由此可以看出:

  如果4个电阻都相等,即R1=R2=R3=Rx,那(nei)么ΔV=0,即电桥处(chu)于(yu)平衡状态(tai);

  Rx发生变化(hua)会导(dao)致(zhi)△V发生变化(hua);

  3.电阻桥的应用

  在实际使用中,我们通常将(jiang)其中三个电(dian)阻(zu)值固定,而(er)将(jiang)另外一(yi)个电(dian)阻(zu)换成热(re)敏电(dian)阻(zu)、压(ya)敏电(dian)阻(zu)、PT100等,这(zhei)时候就可以(yi)用电(dian)桥来测物理(li)量了。如果将(jiang)PT100接入电(dian)桥,随着(zhe)环境温(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)变(bian)(bian)化,PT100的(de)(de)(de)阻(zu)值发生变(bian)(bian)化导致(zhi)ΔV发生变(bian)(bian)化,将(jiang)差分(fen)电(dian)压(ya)ΔV通过差分(fen)运(yun)放(fang)放(fang)大(da)后进(jin)入单片机的(de)(de)(de)AD采样,再对照(zhao)PT100的(de)(de)(de)电(dian)阻(zu)-温(wen)度(du)(du)对应表就可以(yi)知道当(dang)前环境的(de)(de)(de)温(wen)度(du)(du)了。

看过《惠斯(si)通(tong)电(dian)桥原理、计算公(gong)式及应用》的人还看了(le)以下文(wen)章:

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