惠斯通电桥是一种用于精确测量电阻的电路装置。其工作原理基于比较两个电路分支之间的电势差来确定未知元件的值。具体来说,惠斯通电桥由四个电阻组成一个四边形,通常称为电桥的四个臂:R1、R2、R3和Rx(待测电阻)。在电桥的对角线A和C之间连接电源,在另一对角线B和D之间接入检流计G。
当电桥平衡时,满足以下关系:
[ R1/R2 = R3/Rx ]
通过调节可变电阻直到电桥平衡,可以非常精确地测量出待测电阻Rx的值。当电桥处于不平衡状态时,即B和D两点的电势不相等时,检流计G中有电流通过。通过调节R1、R2和Rx的阻值,使得B和D两点的电势相等,此时电桥达到平衡状态,检流计G中无电流通过。
惠斯通电桥的一个重要应用是在称重模块中。称重传感器通常由弹性体、电阻应变片和检测电路组成。弹性体承受外力并产生反作用力,同时提供一个高品质的应变场,使粘贴在此区的电阻应变片能够理想地完成电信号的转换任务。当外力施加到弹性体上时,应变片会发生形变,导致其电阻值发生变化(ΔR)。这种电阻变化会引起惠斯通电桥的不平衡,从而产生一个与所加力成正比的输出信号。
具体来说,电阻变化会改变电桥相对臂电阻的乘积,从而导致电桥不平衡。通过测量电桥不平衡时的电压或电流,可以计算待测电阻的值。当电桥平衡时,四个电阻的阻值已知,可以通过计算得到待测电阻的值。
总结起来,惠斯通电桥的原理是通过测量电桥不平衡时的电压或电流,来计算待测电阻的值。通过调节可变电阻,使电桥达到平衡状态,从而精确测量出待测电阻的值。这种测量方法具有高精度和灵敏度,广泛应用于各种测量和检测场合。