单臂电桥(直流单电桥测量电阻)

单臂电桥(DC单桥测量电阻)

桥梁分为DC桥和交流桥。DC电桥分为单桥和双桥,分别测量中等电阻和小电阻。交流电桥可以测量电感、电容或复阻抗。由于电量的测量具有精度高、易于传输和存储的优点,所以工程中的很多非电量,如温度、应力、应变等物理量,通常都是通过传感器转换成电阻和电容的变化,再通过电桥进行测量。本节介绍DC单桥测电阻的原理。

单DC桥的工作原理

单DC电桥也叫惠斯通电桥和惠斯通电桥。原理电路如图1所示。其中,R1、R2、R3、R4组成四个桥臂,A、B、C、D为四个顶点,G为振镜,E为电源。电源接在A、B两点之间,称为电源对角线。在C点和D点之间接一个检流计,叫做检流计的对角线。

直流单电桥测量电阻

图1单桥示意图

当调节几个桥臂的电阻使得检流计支路的电流IA=0等于0时,该桥称为“平衡”,有:i1 = I2,i3 = i4。利用电路理论,我们可以得到:

直流单电桥测量电阻

上面的公式表明,当电桥平衡时,电桥相对桥臂的电阻乘积相等。如果Rl是未知电阻,假设该值是Rx,则可以从R2、R3和R4的值获得测得的电阻Rx的值。

在实际的桥式电路中,调节两个可调电阻R2和R3通常是连在一起的,所以调节R2/R3的比值,一般为10n。R2/R3提供了一个比例,所以R2和R3也被称为“比例臂”。R4的值可以从零开始连续调整。它的数字位数由电桥的精度决定,电桥被称为比较臂。

不平衡DC单桥测量电阻

当图1所示的DC单桥不平衡时,可以通过测量桥上的电流或桥上的电压来测量待测电阻。或者,待测电阻可以连接到一个“电桥”,如图2所示。在这种情况下,电桥应该是不平衡电桥,通过测量电桥上的电流IX或电压可以确定待测电阻Rx。

计算过程如下:去掉图2中的“桥”Rx,剩下的电路是一个以A和B为输出端的二端网络。这种双端网络的戴维宁等效电路如图3所示。在…之中

直流单电桥测量电阻

直流单电桥测量电阻

图2不平衡DC单桥测量电阻

直流单电桥测量电阻

图3不平衡惠斯通电桥的计算

可以看出,电桥电流Ix和待测电阻Rx是单值函数关系。如果用安培计测量电桥电流,就可以反过来计算出被测电阻的值。这就是不平衡电桥测电阻的原理。

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