如何精確地測(cè)量電阻及橋接原理分析
測(cè)量現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)象的許多傳感器都以改變電阻的形式表現(xiàn)其輸出:熱敏電阻為溫度敏感型電阻,應(yīng)變計(jì)隨作用力而改變電阻大小,諸如此類(lèi)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面對(duì)的挑戰(zhàn)是如何精確地測(cè)量電阻。
圖 1 簡(jiǎn)易分壓器
圖 1 顯示的是您如何使用一個(gè)分壓器測(cè)量電阻。VE 表示激發(fā)電壓。RG 值為:
就大多數(shù)傳感器而言,如果 R1 和 RG 的值大約相等,則該電路往往會(huì)產(chǎn)生非常小的電壓變化,且具有較大的失調(diào)電壓。當(dāng)失調(diào)量未知時(shí),要進(jìn)行測(cè)量非常困難且關(guān)系也為非線(xiàn)性。增加一個(gè)分壓器并差分測(cè)量輸出可以消除大失調(diào)量,請(qǐng)見(jiàn)圖 2。
圖 2 增加第二個(gè)分壓器并進(jìn)行差分測(cè)量
該電路的輸出電壓為:
其假設(shè),靜止 RG 約等于 R1,同時(shí)所有 R1 均非常近似。橋接傳感器幾乎總是以這種方法來(lái)構(gòu)建。請(qǐng)注意,關(guān)系仍為非線(xiàn)性。
圖 3 繪制橋接的傳統(tǒng)方法
圖 3 所示的電路與圖 2 所示的電路具有相同的電氣特性。這就是繪制橋接傳感器的常見(jiàn)方法。請(qǐng)注意,圖 2-3 所示橋接并非真的與您在學(xué)校所學(xué)的惠斯通橋接相同。
圖 4 所示的惠斯通橋接是一款我們所熟悉的電路,主要用于高精度地測(cè)量電阻。1833 年, Hunter Christie 發(fā)明了這種電路,隨后 Charles Wheatstone 對(duì)其進(jìn)行了研究,并做了廣泛的分析,Wheatstone 橋接便因此得名。Wheatstone 還首次運(yùn)用獨(dú)特的鉆石形風(fēng)格繪制這種電路,并一直沿用至今。
圖 4 Wheatstone 橋接
Wheatstone 橋接的原理是:如果交叉分支的三個(gè)電阻和電流均已知,則可計(jì)算得到第四個(gè)電阻。使用一個(gè)高靈敏度電流計(jì),可以非常精確地探測(cè)到零電流,因此能夠非常精確地實(shí)施測(cè)量。所以,當(dāng)電流為零時(shí),橋接獲得平衡,而第四個(gè)電阻與其他三個(gè)電阻相等——但只有在這三個(gè)電阻都相等的條件下,如圖 2-3 所示。
當(dāng)前,大多數(shù)人都測(cè)量電壓差分而非電流,與圖 2-3 所示情況類(lèi)似
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