【基礎】電阻電橋(惠斯通電橋)分析及應用

         

         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。

1. 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。

在電橋中有三個電阻阻值是固定的分別為R1，R2，R3，第四個電阻是可變的為Rx，Rx發生變化時，圖中B,D兩點之間的電壓發生變化，通過採集電壓的變化就可以知道環境中物理量的變化，而從實現測量的目的。下面舉例介紹電橋電路的計算方式。

2. 電阻橋相關計算

假設流過R1，R2橋臂的電流為I1，流過R3，Rx橋臂的電流為I2，電橋供電電壓為VCC，如下圖所示。

通過歐姆定律可以計算出每個電阻兩端的電壓。在R1和R2這兩個橋臂上，R1，R2將VCC電壓分壓，R2電阻兩端得到的電壓即為V1；在R3和Rx這個橋臂上，R3，Rx將VCC電壓分壓，R3電阻兩端得到的電壓即為V2。下面分別用歐姆定律計算V1和V2。

流過電阻R1和R2的電流I1:

R2兩端的電壓V1：

流過電阻R3和Rx的電流I2:

R3兩端的電壓：

V1和V2的電壓差：

由此可以看出：

如果4個電阻都相等，即R1=R2=R3=Rx，那麼ΔV=0，即電橋處於平衡狀態；

Rx發生變化會導致△V發生變化；

3.電阻橋的應用

在實際使用中，我們通常將其中三個電阻值固定，而將另外一個電阻換成熱敏電阻、壓敏電阻、PT100等，這時候就可以用電橋來測物理量了。如果將PT100接入電橋，隨著環境溫度的變化，PT100的阻值發生變化導致ΔV發生變化，將差分電壓ΔV通過差分運放放大後進入單片機的AD採樣，再對照PT100的電阻-溫度對應表就可以知道當前環境的溫度了。