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惠斯通电桥拓扑结构

文章来源:博阳技术  作者:技术部  时间:2016-6-26  浏览次数:33

 需要连接到一个换能器或传感器,如应变仪,然后确定其精确值,或测量周围组件的标称值的微小变化。惠斯通电桥拓扑结构可以很容易地做到这一点,即使没有我们现代的精密电子组件和电路。惠斯通电桥由塞缪尔·亨特克里斯蒂1833年左右开发,然后进一步研究,分析和惠斯登电查尔斯爵士在未来十年普及。桥解决了电压表或任何甚至接近甚至存在之前测量未知材料高精度的电阻值,在天的问题。

惠斯通电桥拓扑结构图

 这是在我们今天的理解和电压和电流的特性才刚刚开始的时代,通过欧姆定律1827和基尔霍夫电路定律1845年。尽管它的年龄,它仍然是在非常接近其原来的形式广泛使用。惠斯通电桥允许用户在任何未知电阻比较已知值尽管没有这样的仪器的电压表,电流表或欧姆表。相反,仪表读数是检流计,极度敏感的电流响应--今天仍在使用的一些特殊情况。振镜是尤其适合于检测所谓空,这是零电流。基本桥结构,具有布置在一个简单的配置四个电阻。是要测量的未知电阻,而1和3是已知的。

 当2/1的比率称为已知的腿等于在未知腿,接收3电阻器的比率,有在中点没有电压电位差,因此,电流流过,由于励磁电压为零时,这是很容易使用检流计观察。在这一点上,桥被说成是在零或平衡。此外,电流流动的方向指示2是高还是低相比于。当桥处于平衡状态,2/1接收3有什么比这更简单?桥是最经常绘制为金刚石惠斯登电的许多贡献之间,但有时被示为矩形,如图2;所不同的是美观,但大多数工程师喜欢钻石风格。注意,四个电阻器不必相等,尽管在实践中,他们通常在值接近;通常1和2是简单的标准电阻,不是那种被测试或匹配。

 此外,桥可以与非电阻腿,诸如电容器或电感器,在这种情况下,激励电压为,而不是直流使用。这是一个令人难以置信的多才多艺,但简单的拓扑结构,可通过两种方式使用。历史上它是用来衡量一个未知电阻值你可以看到在参考文献1一些它的许多精心制作的乐器。为了使该测量中,3是由一组已知的,校准电阻器例如从用户切换的十年框或者甚至使用一在一次一取代。空读出的精确度取决于所使用的公知的标准的准确度,并有一些先进的技术,允许其他细微的错误,如在接点电压下降来补偿或校准出测量的。随着电子放大器和传感器接口电路的出现,电桥的用途扩大。

 在典型的应用中,放大器获得了在桥输出的信号再次,这是零电流在空伏。作为未知的的电阻桥的变化,如从压力施加于应变计,输出从零偏离。然后,该变化被放大并可以被数字化,如果需要的话。以这种方式,未知电阻的值,并将其表示变量,如应变,可实时确定,而不需要任何手动调整电阻3,实现了零。注意,与变化的电桥输出的变化是电阻不是线性的,所以某种线性方案的,使用硬连线电路或软件来完成,可能需要。

 典型的是,桥元件的标称电阻为50和250Ω,但更高和更低的值之间使用为好。在需要最高的精度,电路设计者已经发明方法使用活性组分,以补偿电压降在使用所谓的开尔文连接的接触点。它可能看起来使用四元件电桥测量的传感器的变化时是不必要的,而且应该是可能只使用一个基本的分压器与已知的电阻器和串联的未知值,图3中,与输出电压=×接收/1+。在现实中,这两个电阻器配置有许多弱点和错误的来源输出电压为电源电压,其具有固有的初始误差的函数,将有可能随着时间漂移,并且也有噪声,所有这些都将减少精度。与此相反,桥梁设计固有地不受这些缺点,因为它是唯一的电阻比,而不是在电源电压比例和依赖性。与分压器的方式,无需校准初始精度是有限的,因为这两个电阻虫病的实际值不准确,但输出为它们的实际值的函数。与此相反,在桥取决于匹配而不是绝对精度,该比例函数是关键。在分压器的输出的变化是在一个大的偏移电压的顶部上的非常小的电压。一般来说,是很难看到和放大他们的大直流分量这些小信号放大器没有饱和,超出量程的问题。中桥,然而,没有在标称工作点有一个非常小的,在实践中的偏移量,以便饱和问题被消除或大大减少。

 电阻为分压器的任何时间/温度相关漂移会导致错误。与桥,然而,有'来补偿,由在相应的比率臂相同于一个被测量使用电阻或传感器的简单方法。例如,如果设计有一个应变计,可使用在匹配臂的相同计,但没有它的应变感测位置。如在这两个计的变化平行轨道,桥的比率设计,导致该漂移取消显示本身。桥的灵敏度是必须遵守的电桥输出时必须考虑的一个问题。它通常以/指定的,是桥输出的值时,桥高兴能与一伏特和传感器处于满量程。典型的灵敏度值是1到2/的。标准桥精度在执行任何校准前通常和1之间的01%。功耗也是一个问题,因为它是电桥电压和臂电阻的函数。更高的激励电压产生较大的输出,这是很好的,但导致较高的功耗。此耗散影响低功率操作,很明显,但也诱导的桥元件的增加的自加热。

 即使桥自补偿温度漂移,在很大程度上,这可以成为一个问题,如果不同元件没有热耦合,并在相同的温度。桥的输出不接地的,因此任何调节/放大电路必须隔离参考文献2或具有差分输入。另外,一些传感器表现得更好使用交流电而不是直流励磁,然后可以同步解调,以消除第二和第三顺序的错误。由于广泛使用的电桥电路和其许多优点的,供应商已经开发了简化使用它们,设置放大器的增益,并最小化各种残留误差源许多专门接口设备。7730可以配置为交流或直流励磁,提供了一种用户可设置差分放大器后跟24比特/转换,并在各种串行格式所得的数据提供给系统微控制器。

 尽管其内部的复杂性,它提供了一个易于使用的桥激发和接口功能与过滤,校准和许多其他的用户选项一起。简单而巧妙的桥拓扑一直以来的基本电路的原理发展的初期,一个有价值的配置和工具。尽管它的年龄,这是非常往往仍对一个已知的精确匹配一个未知的成分,或是虽噪声,元件缺陷和供应变化捕捉传感器输出的微小变化的持续挑战的最佳解决方案。

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