“科学的心脏是测量”, 在测量中,电桥电路用于查找各种电气和电子参数。我们研究了电气和 电子测量与仪表中的几座桥梁。下表显示了不同的桥及其用途:
序号 | 桥名 | 要确定的参数 |
1。 | 惠斯通 | 测量未知的阻力 |
2。 | 安德森 | 测量线圈的自感 |
3。 | 去污 | 测量很小的电容值 |
4。 | 麦克斯韦 | 测量未知电感 |
5, | 开尔文 | 用于测量1 ohm以下的未知电阻。 |
6。 | 温 | 根据电阻和频率测量电容 |
7。 | 干草 | 高值未知电感的测量 |
在这里,我们将讨论用于未知电阻测量的惠斯通电桥。如今的数字万用表以简单的方式帮助测量电阻。但是,惠斯通电桥相对于此的优点是可以测量毫欧范围内的极低电阻值。
惠斯通电桥
塞缪尔·亨特·克里斯蒂(Samuel Hunter Christie)于1833年发明了惠斯通电桥,并 于1843年由查尔斯·惠特斯通爵士进行了改进和推广。惠斯通电桥是构成桥的四个电阻的互连。电路中的四个电阻称为电桥臂。该电桥用于查找与两个已知电阻,一个可变电阻和检流计连接的未知电阻的值。为了找到未知电阻的值,通过调节可变电阻将检流计上的挠度设为零。该点称为惠斯通电桥的平衡点。
推导
如图所示,R1和R2是已知的电阻。R3是可变电阻,Rx是未知电阻。桥与直流电源(电池)相连。
现在,如果电桥处于平衡状态,则应该没有电流流过检流计,并且相同的电流I1将流过R1和R2。R3和Rx相同,意味着通过R3和Rx的电流(I2)将保持不变。因此,以下是在电桥处于“平衡”状态(C点和D点之间无电流)时找出未知电阻值的计算。
V = IR(根据欧姆定律)VR1 = I1 * R1…等式(1)VR2 = I1 * R2…等式(2)VR3 = I2 * R3…等式(3)VRx = I2 * Rx。..等式(4)
在平衡电桥条件下,R1和R3两端的电压降相同,R2和R4处的电压降也相同。
I1 * R1 = I2 * R3…等式(5)I1 * R2 = I2 * Rx…等式(6)
关于等式(5)和等式(6)的除法
R1 / R2 = R3 / Rx Rx =(R2 * R3)/ R1
因此,从这里我们得到Rx的值,它是我们未知的电阻,因此,这就是惠斯通电桥帮助测量未知电阻的方式。
操作方式
实际上,调节可变电阻,直到流过检流计的电流值变为零为止。那时,该桥被称为平衡惠斯通电桥。通过检流计获得零电流具有很高的精度,因为可变电阻的微小变化会破坏平衡条件。
如图所示,电桥R1,R2,R3和Rx中有四个电阻。其中R1和R2是未知电阻,R3是可变电阻,Rx是未知电阻。如果已知电阻器的比率等于调整后的可变电阻与未知电阻的比率,则在这种情况下将没有电流流过检流计。
在平衡状态下
R1 / R2 = R3 / Rx
现在,在这一点上,我们具有R1 , R2 和R3的值,因此可以很容易地从上述公式中找到Rx的值。
根据以上条件,
Rx = R2 * R3 / R1
因此,假设流过电流计的电流为零,则可通过该公式计算未知电阻的值。
因此,我们需要将电位计调节到C和D处的电压相等的点,在这种情况下,通过C和D点的电流将为零,而检流计的读数将为零,在该特定位置 将惠斯通电桥称为条件平衡。以下视频介绍了此完整操作:
例
让我们以理解惠斯通电桥的概念为例,因为我们采用不平衡桥来计算Rx(未知电阻)的适当值以平衡桥。众所周知,如果C点和D点之间的压降之差为零,则电桥处于平衡状态。
根据电路图,
对于第一臂亚行,
Vc = {R2 /(R1 + R2)} * Vs
将值放在上述公式中时,
Vc = {80 /(40 + 80)} * 12 = 8伏
对于第二臂ACB,
Vd = {R4 /(R3 + R4)} * Vs Vd = {120 /(360+ 120)} * 12 = 3伏
因此,C点和D点之间的电压差为:
Vout = Vc-Vd = 8-3 = 5伏
如果C和D两端的电压降之差为正或负(正或负表示不平衡的方向),则表明电桥不平衡,为了使其平衡,我们需要使用不同的电阻值来代替R4。
平衡电路所需的电阻器R4的值为:
R4 =(R2 * R3)/ R1(平衡桥的条件) R4 = 80 * 360/40 R4 = 720欧姆
因此,平衡电桥所需的R4值为720Ω,因为如果电桥平衡,则C和D两端的压降之差为零,并且如果可以使用720Ω的电阻,则电压差为零。
应用领域
- 主要用于测量毫欧范围内的极低未知电阻值。
- 如果将压敏电阻与惠斯通电桥一起使用,我们还可以识别一些参数的值,例如电容,电感和阻抗。
- 通过将惠斯通电桥与运算放大器配合使用,它有助于测量不同的参数,例如温度,应变,光等。