1. 电阻桥定义解释
惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路,这四个电阻分别叫做电桥的桥臂,惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化,单片机采集可变电阻两端的电压然后处理,就可以计算出相应的物理量的变化,是一种精度很高的测量方式。其电路形式如下图所示。
在电桥中有三个电阻阻值是固定的分别为r1,r2,r3,第四个电阻是可变的为rx,rx发生变化时,图中b,d两点之间的电压发生变化,通过采集电压的变化就可以知道环境中物理量的变化,而从实现测量的目的。下面举例介绍电桥电路的计算方式。
2. 电阻桥相关计算
假设流过r1,r2桥臂的电流为i1,流过r3,rx桥臂的电流为i2,电桥供电电压为vcc,如下图所示。
通过欧姆定律可以计算出每个电阻两端的电压。在r1和r2这两个桥臂上,r1,r2将vcc电压分压,r2电阻两端得到的电压即为v1;在r3和rx这个桥臂上,r3,rx将vcc电压分压,r3电阻两端得到的电压即为v2。下面分别用欧姆定律计算v1和v2。
流过电阻r1和r2的电流i1:
r2两端的电压v1:
流过电阻r3和rx的电流i2:
r3两端的电压:
v1和v2的电压差:
由此可以看出:
如果4个电阻都相等,即r1=r2=r3=rx,那么δv=0,即电桥处于平衡状态;
rx发生变化会导致△v发生变化;
3.电阻桥的应用
在实际使用中,我们通常将其中三个电阻值固定,而将另外一个电阻换成热敏电阻、压敏电阻、pt100等,这时候就可以用电桥来测物理量了。如果将pt100接入电桥,随着环境温度的变化,pt100的阻值发生变化导致δv发生变化,将差分电压δv通过差分运放放大后进入单片机的ad采样,再对照pt100的电阻-温度对应表就可以知道当前环境的温度了。