惠斯頓電橋原理及其應用

2021-01-15 電子發燒友
打開APP
惠斯頓電橋原理及其應用

小蘭 發表於 2011-09-09 15:29:45

惠斯通電橋是一種可以精確測量電阻的儀器。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。平衡時，檢流計所在支路電流為零，則有，(1)流過R1和R3的電流相同(記作I1)，流過R2和R4的電流相同(記作I2)。(2)B，D兩點電位相等，即UB=UD。因而有 I1R1=I2R2;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，電阻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分條件。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。

　WD-1惠斯頓電橋見圖1方框內 ，A C間接1米長的伊文電阻絲(R1+R2 )，做「 比率 」電阻用。電阻絲AC下面是1米(0.5米)直尺，AB間接未知電阻RX ，BC間接電阻箱RS ，D為滑動按鍵。 G方框外連接的是配套儀器, E為直流穩壓電源，R為滑線變阻器，K 1為單刀開關， K2為保護開關阻。G為檢流計。

　　基於惠斯頓電橋的壓力傳感器

　　許多壓力傳感器使用微機電系統(MEMS)技術，它們由4個採用惠斯頓電橋結構連接的壓敏電阻組成。當這些傳感器上沒有壓力時，橋中的所有電阻值都是相等的。當有外力施加於電橋時，兩個相向電阻的阻值將增加，而另兩個電阻的阻值將減小，而且增加和減小的阻值彼此相等。

　　遺憾的是，事情並非如此簡單，因為傳感器存在偏移和增益誤差。偏移誤差是指沒有壓力施加於傳感器時存在輸出;增益誤差指傳感器輸出相對於施加於傳感器外力的敏感程度。典型傳感器一般規定激勵電壓為5V，具有20mV/V的標稱滿刻度輸出。這意味著在激勵電壓為5V時，標稱滿刻度輸出為：20 mV/V × 5 V = 100 mV.

　　偏移電壓可能是2mV，或滿刻度的2%;最小和最大滿刻度輸出電壓可能是50mV和150mV，或標稱滿刻度的±50%。

　　假設兩個電阻串聯形成電阻串，由於是等值電阻，因此兩電阻間的節點電壓是電阻串電壓的一半。如果一個電阻值增加1%，另一個電阻減小1%，那麼兩個電阻節點處的電壓將改變1%。如果將兩個電阻串進行並聯，如圖1所示，左邊下方的電阻和右邊上方的電阻阻值均減小1%，另外兩個電阻增加1%，那麼兩個「中」點間的電壓將從零差值變為改變2%。兩個並行分支的這種配置就被稱為惠斯頓橋。

　　

 

　　圖1：受激勵電壓VEX和差分輸出電壓V驅動的惠斯頓橋。

　　如果不了解偏移以及傳感器輸出電壓和壓力之間的真實關係，我們就只能粗略估計施加於傳感器上的壓力大小。這意味著需要採樣校準的方法來獲得更好的精度。

　　幸運的是，給定傳感器的偏移和滿刻度誤差隨時間變化相當穩定，因此一旦傳感器得到校準，在該傳感器生命期內可能無需改變校準係數就能滿足精度要求。當然，在每次上電時通常需要再次校準系統。

　　基本信號調節電路由一個儀表放大器和一個模數轉換器(ADC)組成。儀表放大器將來自傳感器的小輸出電壓放大到適合ADC的電平，然後由ADC將放大後的傳感器輸出電壓轉換為數字式，再交給控制器或DSP處理(圖2)。儀表放大器可以用來避免橋過載，而這種過載會改變傳感器輸出電壓值。

　　

 

　　圖2：基本壓力傳感器調節電路。

　　傳感器的滿刻度輸出即最大輸入，能夠在放大器輸入端看到。當傳感器輸出處於滿刻度時，ADC輸入應該接近其滿刻度值，這個值通常就是ADC的參考電壓VREF。放大器要求的增益大小為：

　　

 

　　其中VREF代表ADC的參考電壓，「Sensor FS」是傳感器的滿刻度輸出值。假設電阻完美匹配，那麼儀表放大器的增益等於：

　　

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 惠斯頓電橋原理
    導讀：本文主要講述的是惠斯頓電橋的原理，感興趣的盆友們快來學習一下吧~~~希望對你們有所幫助哦~~~本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/
  • 【基礎】惠斯頓電橋原理及使用方法
    惠斯頓電橋的原理
  • 電橋原理
    電路中的橋，也就是電橋，是由四個阻抗首尾連接構成的，看起來像橋一樣始終保持著平衡，故名曰「電橋」，沒見過也沒關係，接下來小編就為你講述電橋原理，帶你領略電橋的風採。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/277431.htm　　電橋，全稱為惠斯頓橋，英文名稱為Wheatstone bridge，是1843年Samuel Hunter Christie提出的一種電路的橋式結構。電橋主要由四個首尾相連的阻抗構成，其每條邊被稱為橋臂，主要用於實現電橋橋臂上某些電量的測量，現已得到相當廣泛的應用。
  • MEMS壓力傳感器原理及應用詳解
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/366186.htm　　矽壓阻式壓力傳感器是採用高精密半導體電阻應變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的，具有較高的測量精度、較低的功耗，極低的成本。惠斯頓電橋的壓阻式傳感器，如無壓力變化，其輸出為零，幾乎不耗電。其電原理如圖1所示。矽壓阻式壓力傳感器其應變片電橋的光刻版本如圖2。
  • GT6105 雙臂電橋測量低電阻實驗儀應用
    用惠斯頓電橋測量中等電阻時,忽略了導線電阻和接觸電阻的影響,但在測量1Ω以下的低電阻時,各引線的電阻和端點的接觸電阻相對被測電阻來說不可忽略,一般情況下,附加電阻約為10-5~10-2Ω.
  • 惠斯通電橋詳細解析:原理,計算,應用
    打開APP 惠斯通電橋詳細解析：原理，計算，應用 發表於 2017-05-19 08:52:50 　　 電阻橋定義解釋 　　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。
  • 惠斯通電橋的測量原理_惠斯通電橋原理是怎樣測電阻的
    打開APP 惠斯通電橋的測量原理_惠斯通電橋原理是怎樣測電阻的 發表於 2017-12-20 17:25:13 　　惠斯通電橋
  • GT4518 交流電橋原理和設計實驗儀的應用
    交流電橋是一種比較式儀器,在電測技術中佔有重要地位.它主要用於測量交流等效電阻及其時間常數；電容及其介質損耗；自感及其線圈品質因數和互感等電參數的精密測量,也可用於非電量變換為相應電量參數的精密測量.
  • MPX2100壓力傳感器及其應用
    > 傳感器的工作原理，給出了基於MPX2100構成的數字壓力計以及V/F變換器的應用電路。另外，MPX2100所具有的溫度被償特性克服了半導體壓力敏感器件存在溫度漂移問題，因而具有廣闊的應用前景。 1 工作原理 MPX2100有4個引腳，1腳接地，3腳加工作壓力，2腳和4腳之間輸出與壓力成正比的差模電壓信號。 MPX2100是一種壓阻式壓力傳感器，在矽基片上用擴散工藝製成4個電阻阻值相等的應變元件構成惠斯頓電橋。
  • 一文詳解MEMS壓力傳感器原理及與IC的異同
    MEMS壓力傳感器原理 目前的MEMS壓力傳感器有矽壓阻式壓力傳感器和矽電容式壓力傳感器，兩者都是在矽片上生成的微機械電子傳感器。 矽壓阻式壓力傳感器是採用高精密半導體電阻應變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的，具有較高的測量精度、較低的功耗和極低的成本。矽壓阻式壓力傳感器其應變片電橋的光刻版本如圖2。
  • lcr數字電橋工作原理及使用方法_lcr數字電橋作用介紹
    lcr數字電橋工作原理 　　數字電橋的測量對象為阻抗元件的參數，包括交流電阻R、電感L及其品質因數Q，電容C及其損耗因數D。因此，又常稱數字電橋為數字式LCR測量儀。其測量用頻率自工頻到約100千赫。基本測量誤差為0.02%，一般均在0.1%左右。 　　數字電橋原理如圖所示。
  • 電橋電路是什麼?電橋電路的分類和交流電橋電路的工作原理解析
    電橋電路的分類和交流電橋電路的工作原理解析 發表於 2017-05-19 08:39:58 　  電橋電路 　　電橋電路是由四個二端元件接成四邊形形成的電路結構。
  • 電橋回線法在電纜故障測距中的應用
    相對於脈衝反射法，使用電橋回線法具有測試設備價格便宜、操作簡單的特點，因此，電橋回線法至今仍然是廣泛被應用的一種主要測距手段。　　但是，電力電纜常常發生三相短路及對地故障，這種故障性質，不能滿足使用電橋回線法時被測電纜應有一個完好相的要求。
  • LCR電橋原理與使用方法
    1972年，國際上首次出現帶微處理器的數字電容電橋，它將模擬電路、數字電路與計算機技術結合在一起，為阻抗測量儀器開闢了一條新路。原理數字電橋的測量對象為阻抗元件的參數，包括交流電阻R、電感L及其品質因數Q，電容C及其損耗因數D。因此，又常稱數字電橋為數字式LCR測量儀。其測量用頻率自工頻到約100千赫。基本測量誤差為0.02%，一般均在0.1%左右。
  • 電橋測試儀測量原理_電橋測試儀使用方法
    LCR測試儀，L：電感（為了紀念物理學家Heinrich Lenz），C：電容（Capacitor），R：電阻（Resistance），LCR數字電橋就是能夠測量電感，電容，電阻，阻抗的儀器。　　隨著現代模擬和數位技術的發展，早已經淘汰了LRC電橋這種測量方法，但LCR電橋的叫法一直沿用至今。
  • 關於開爾文電橋的原理詳解
    關於開爾文電橋的原理詳解 Srudeep Patil 發表於 2019-08-26 11:40:22 在必須測量電池流入或流出電流的應用中，超高精度、高邊電流檢測至關重要
  • 直流單臂電橋的工作原理
    直流單臂電橋又稱惠斯通電橋。直流單臂電橋適用於測量電機、變壓器及各種電器的直流電阻，其電阻測量範圍為1 ~108 Ω。常見的電橋如圖所示。一、直流單臂電橋的工作原理如圖所示，被測電阻RX和標準電阻R2、R3、R4 組成電橋的4個臂，接成四邊形，在四邊形頂點cd間接入檢流計P，在另一-對頂點ab間接入電池E,在測量時按下按鈕SB接通電源，調節標準電阻R2、R3、R4 使檢流計指示為0，則c點電位和d點電位相等，且I1=I2，l3=I4,因此：Uab=Ucd即I1RX=I4R4Ucb
  • GT6108 賽電橋綜合實驗儀的應用
    5、QJ44雙臂電橋(另配) 6、螺旋測微尺和遊標卡尺(>200mm)(另配)  四、實驗原理 (一)伏安法測量電阻的原理 1、
  • 汽車上流量傳感器的工作原理
    打開APP 汽車上流量傳感器的工作原理 發表於 2017-01-12 09:53:05 工作原理：當進入節氣門體內的空氣流經傳感器，帶走了部分熱量，空氣流量越大，帶走的熱量越多。為使傳感器感應件的溫度保持在一恆定的溫度，便需要額外的電流來加熱感應件。傳感器通過測量該電流的電壓來確定空氣流量的大小。 空氣流量傳感器中的熱線由金屬鉑絲製成，伸入到節氣門閥體的旁通氣道中。
  • 電阻電橋(惠斯通電橋)分析及應用
    電阻橋定義解釋　　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。其電路形式如下圖所示。