惠斯通電橋

可以精確測量電阻的儀器

一種由4個電阻組成用來測量其中一個電阻阻值(其餘3個電阻阻值已知)的裝置。4個電阻組成一個方形。

一電流表連接兩個相對的接頭,一電流表連接其餘兩個相對的接頭。當電流表顯示無電流通過,則此電橋處於平衡狀態,即R1·R2=R3·R4。

術語簡介


惠斯通電橋(又稱單臂電橋)是一種可以精確測量電阻的儀器。通用的惠斯通電橋電阻R1,R2,R3,R4叫做電橋的四個臂,G為檢流計,用以檢查它所在的支路有無電流。
當G無電流通過時,稱電橋達到平衡。平衡時,四個臂的阻值滿足一個簡單的關係,利用這一關係就可測量電阻。
惠斯通電橋是由四個電阻組成的電橋電路,這四個電阻分別叫做電橋的橋臂,惠斯通電橋利用電阻的變化來測量物理量的變化,單片機採集可變電阻兩端的電壓然後處理,就可以計算出相應的物理量的變化,是一種精度很高的測量方式。
惠斯通電橋
惠斯通電橋
非平衡電橋一般用於測量電阻值的微小變化,例如將電阻應變片(將電阻絲做成柵狀粘貼在兩層薄紙或塑料薄膜之間構成)粘固在物件上,當物件發生形變時,應變片也隨之發生形變,應變片的電阻由電橋平衡時的Rx變為Rx+△R,這時檢流計通過的電流Ig也將變化,再根據Ig與△R的關係就可測出△R,然後由△R與固體形變之間的關係計算出物體的形變數。
用這種方法可測量應變、拉力、扭矩、振動頻率等。
惠斯通電橋不是惠斯通發明的,在測量電阻及其它電學實驗時,經常會用到叫惠斯通電橋的電路,很多人認為這種電橋是惠斯通發明的,其實,這是一個誤會,這種電橋是由英國發明家克里斯蒂在1833年發明的,但是由於惠斯通第一個用它來測量電阻,所以人們習慣上就把這種電橋稱作了惠斯通電橋。

推論


電橋平衡時,檢流計所在支路電流為零,則有:
(1)流過R1和R4的電流相同(記作I1),流過R2和R3的電流相同(記作I2);
(2)B,D兩點電勢相等,即Uab=Uad。因而有 I1R1=I2R3。
惠斯通電橋
惠斯通電橋
由於三個阻值已知,便可求得第四個電阻。測量時,選擇適當的電阻作為R1和R2,用一個可變電阻作為R3,令被測電阻充當R4,調節R3使電橋平衡,而且可利用高靈敏度的檢流計來測零,故用電橋測電阻比用歐姆表精確。
電橋不平衡時,G的電流IG與R1,R2,R3,R4有關。利用這一關係也可根據IG及三個臂的電阻值求得第四個臂的阻值,因此不平衡電橋原則上也可測量電阻。
在不平衡電橋中,G應從“檢流計’改稱為“電流計”,其作用不是檢查有無電流而是測量電流的大小。可見,不平衡電橋和平衡電橋的測量原理有區別。利用電橋還可測量一些非電學量。
在不平衡電橋中,可以通過KVL、KCL求解電流的大小。

應用


惠斯通電橋是一種檢測電路,雖然它的結構簡單,但它的準確度和靈敏度都比較高,在醫學診斷和檢測儀器中有廣泛的應用。
惠斯通電橋
惠斯通電橋
惠斯通電橋的測量靈敏度在科學研究,生產應用中都具有重大意義。惠斯通電橋在當代科學測量中的應用非常廣泛,同時也廣泛地被應用在自動控制中。
惠斯通電橋也廣泛應用在稱重檢測元件上等。