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惠斯登橋

科目:

  • 介紹
  • 惠斯登電橋保持平衡
  • 惠斯登不平衡電橋(電阻值已知)
  • 電阻值未​​知的惠斯登電橋

介紹:
惠斯登電橋是一種電橋電路,用於精確測量恆定或變化的電阻。 此電路可用於測量溫度和壓力等物理量,正如我們在 空氣質量計 (熱絲溫度)和 地圖感測器 (進氣歧管中的壓力)。

惠斯登電橋有四個 電阻器,其中三個具有已知電阻,一個具有未知電阻。 該電橋實際上由兩個並聯的分壓器組成。

在圖中,我們看到電阻器 R1 至 R3(已知電阻值)和 Rx(未知),兩個分壓器中間有一個電壓表,電橋左側有一個電壓源。

當 b 點和 c 點之間的輸出電壓等於 0 伏特時,惠斯通電橋達到平衡。 以下段落顯示了各種情況。

惠斯登橋

平衡中的惠斯登電橋:
惠斯登電橋在輸出電壓等於0伏特時達到平衡或平衡,因為左右的電阻值成正比。
本節中的電路繪製方式與上一節不同,但基於相同的操作。

  • 電阻器R1和R2的阻值分別為270和330Ω。 加在一起為 600 Ω;
  • 電阻器R3和Rx的阻值分別為540和660Ω。 加起來就是 1200 Ω。

左右電阻之間的比率相同。 這意味著 R1 和 R3 以及 R2 和 Rx 之間的電阻比和壓降相等。

下面的公式顯示了相等的電阻比和電壓降:

     en    

惠斯登電橋保持平衡

有了已知的電源電壓和電阻值,我們就可以確定電阻器上的壓降,從而確定 b 點和 c 點之間的電壓差。 在下面的範例中,我們計算平衡惠斯登電橋的 b 點和 c 點之間的電壓差。 的知識 歐姆定律 並計算 串聯和並聯電路 是一個要求。

1.計算流經電阻R1和R2的電流 (RV = 更換電阻):

2. 計算電阻R1和R2兩端的壓力降:

         

3. 計算流經電阻R1和R2的電流:

4. 計算電阻R3和Rx兩端的壓力降:

       

b點和c點的電壓為5,4伏特。 電位差等於 0 伏特。

惠斯登電橋與電壓、電流和電阻保持平衡

惠斯登不平衡電橋(電阻值已知):
由於 Rx 電阻的變化,惠斯登電橋將變得不平衡。 例如,電阻變化可能由於溫度變化而發生,其中 Rx 是 熱敏電阻 是。 R1 和 R2 之間的分壓器將保持不變,但 R3 和 Rx 之間的分壓器將保持不變。 因為分壓器在那裡發生變化,所以我們在 c 點得到不同的電壓。 在此範例中,Rx 的電阻值從 600 Ω 降至 460 Ω。

1. 計算流經電阻R1和R2的電流:

2. 計算電阻R1和R2兩端的壓力降:

       

3. 計算流經電阻R3和Rx的電流:
 

4. 計算電阻R3和Rx兩端的壓力降:

         

b 點的電壓為 5,4 V,c 點的電壓為 6,48 V。差值 (Ub,c) = 1,08 V。
具有電壓差UB,C的惠斯登電橋

在這兩個範例中,Rx 的電阻值已從 660 Ω 變成 460 Ω。 電阻的這種變化導致 bc 之間的電壓從 0 伏特變為 1,08 伏特。 如果該惠斯登電橋內建於感測器電子元件中,則 1,08 伏特的電壓將被視為訊號電壓。 此訊號電壓經由訊號線發送至ECU。 這 ECU中的A/D轉換器 將類比電壓轉換為可由微處理器讀取的數位資訊。

電阻值未​​知的惠斯登電橋:
在前面的部分中,我們假設 Rx 的電阻值已知。 因為這個電阻值是可變的,所以我們可以更進一步計算這個電阻值來平衡惠斯登電橋。

在此電路中,R1 和 R2 分別為 270 Ω 和 330 Ω。 R3 的電阻已減少至 100 Ω,且 Rx 未知。 如果除了電阻值之外,電壓和電流也未知,我們可以透過兩種方式計算電阻值Rx:

方式一:
1.我們先看一般公式,然後再輸入電阻值:

      - >     

2. 270 和 100 之間存在一個因子 2,7,330 和未知值之間也是如此。
將 330 除以 2,7,我們得到 122,2 Ω 的電阻。 

方式一:
1. 透過電阻交叉相乘的一般公式:

2. 我們從 = 左側取出 Rx 除以 R1 來轉換公式。 我們也得到了 122,2 Ω 的電阻值。

自然地,我們檢查是否有平衡電橋,其電阻先前計算為 122 Ω。

電阻器R1和R2的電流和分壓與第1和2段中的範例相同,因此它們被認為是已知的。 我們把注意力集中在橋的右側。

1.計算通過R3和Rx的電流:

2. 計算電阻R3和Rx兩端的壓力降:

      

b 點和 c 點之間的電壓差為 0 伏,因為電阻器 R1 和 R3 都吸收了 5,4 伏,因此電橋現在達到平衡。