在模擬電子世界中，我們會(huì)碰到各類訊號(hào)，其中一些是通過阻值變化來檢測(cè)的，而另一些是通過電感和電容的變化來檢測(cè)的。假如我們考慮阻值，大多數(shù)工業(yè)傳感大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)惠斯通電橋，如氣溫、應(yīng)變、濕度、位移、液位等，就會(huì)形成相應(yīng)數(shù)目的等效變化的阻值值變化。為此，須要為每位基于內(nèi)阻的傳感進(jìn)行訊號(hào)調(diào)節(jié)。
比如，我們能想到的最簡(jiǎn)單的設(shè)備是光敏內(nèi)阻器或LDR。顧名思義，LDR是一種常見的電子元元件，其內(nèi)阻會(huì)依據(jù)落在其上的光量而變化。
通常來說，內(nèi)阻檢測(cè)分為三種：
（1）低阻值檢測(cè)。
（2）中等內(nèi)阻檢測(cè)。
（3）高阻檢測(cè)。
假如內(nèi)阻檢測(cè)可能從幾微歐到毫歐，這么它被覺得是低內(nèi)阻檢測(cè)。這些檢測(cè)實(shí)際上用于研究目的。假如檢測(cè)從1歐姆到幾百KΩ，則一般稱為中等內(nèi)阻檢測(cè)。普通內(nèi)阻器、電位器、熱敏內(nèi)阻等的檢測(cè)屬于這一類。
特別高的阻值檢測(cè)被覺得是從幾兆歐到小于100兆歐。為了找到內(nèi)阻的中間值，使用了不同的方式，但主要使用惠斯通電橋。
一、什么是惠斯通電橋？
橋接網(wǎng)路或電路是最流行和最流行的電氣工具之一，一般用于檢測(cè)電路、傳感器電路、開關(guān)電路以及振蕩器。
惠斯通電橋是最常見、最簡(jiǎn)單的電橋網(wǎng)路/電路之一，可用于特別精確地檢測(cè)內(nèi)阻。但一般惠斯通電橋與傳感一起使用來檢測(cè)化學(xué)量，如氣溫、壓力、應(yīng)變等。
惠斯通電橋用于在傳感中檢測(cè)阻值的微小變化的應(yīng)用。這用于將阻值的變化轉(zhuǎn)換為換能器的電流變化。該電橋與運(yùn)算放大器的組合在工業(yè)中廣泛用于各類傳感和傳感。
比如，熱敏內(nèi)阻的內(nèi)阻在室溫變化時(shí)會(huì)發(fā)生變化。同樣，應(yīng)變計(jì)在遭到壓力、力或位移時(shí)，其內(nèi)阻會(huì)發(fā)生變化。按照應(yīng)用的類型，惠斯通電橋可以在平衡條件或非平衡條件下運(yùn)行。
惠斯通電橋由四個(gè)阻值器（R1、R2、R3和R4）組成，它們以矩形聯(lián)接，直流電源聯(lián)接在電路的底部和頂部點(diǎn)（電路中的C和D）之間。磚石和輸出跨越其他兩端（電路中的A和B）。
該電橋用于通過將未知內(nèi)阻與已知內(nèi)阻值進(jìn)行比較來特別精確地找到未知內(nèi)阻。在此橋中，使用Null或條件來查找未知內(nèi)阻。
為了使該橋處于平衡狀態(tài)，A點(diǎn)和B點(diǎn)的輸出電流必須等于0。從上述電路中：
在以下情況下，橋梁處于平衡狀態(tài)：
VOUT=0V
為簡(jiǎn)化上述電路的剖析，我們重新勾畫如下：
現(xiàn)今，對(duì)于平衡條件，內(nèi)阻器R1和R2兩端的電流相等。假如V1是R1兩端的電流，V2是R2兩端的電流，則：
V1=V2
類似地，內(nèi)阻器R3（讓我們稱其為V3）和R4（讓我們稱其為V4）兩端的電流也相等。所以，
V3=V4
電流比可以寫成：
V1/V3=V2/V4
依照歐姆定理，我們得到：
I1R1/I3R3=I2R2/I4R4
因?yàn)镮1=I3和I2=I4，我們得到：
R1/R3=R2/R4
從前面的方程，假若我們曉得三個(gè)內(nèi)阻的值，我們就可以很容易地估算出第四個(gè)內(nèi)阻的內(nèi)阻。
二、計(jì)算內(nèi)阻的取代方式
從重新勾畫的電路中，假如VIN為輸入電流，則A點(diǎn)電流為：
VIN(R3/(R1+R3))
同樣，B點(diǎn)的電流為：
VIN(R4/(R2+R4))
對(duì)于要平衡的電橋，VOUT=0。但我們曉得VOUT=VA–VB。
所以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)惠斯通電橋，在平衡橋條件下，
VA=VB
使用前面的等式，我們得到：
VIN(R3/(R1+R3))=VIN(R4/(R2+R4))
對(duì)上述方程進(jìn)行簡(jiǎn)單操作后，我們得到：
R1/R3=R2/R4
從前面的方程，假若R1是一個(gè)未知的內(nèi)阻器，它的值可以從R2、R3和R4的已知值估算下來。一般，未知值稱為RX而且在三個(gè)已知內(nèi)阻中，一個(gè)內(nèi)阻（在上述電路中主要是R3）一般是稱為RV的可變內(nèi)阻。
三、使用平衡惠斯通電橋查找未知內(nèi)阻
在前面的電路中，讓我們假定R1是一個(gè)未知內(nèi)阻。所以，讓我們稱它為RX。內(nèi)阻器R2和R4具有固定值。這意味著，百分比R2/R4也是固定的。如今，按照前面的估算，要?jiǎng)?chuàng)建平衡條件，內(nèi)阻的百分比必須相等，即，
RX/R3=R2/R4
因?yàn)榘俜直萊2/R4是固定的，我們可以很容易地調(diào)整另一個(gè)已知的內(nèi)阻器(R3)來實(shí)現(xiàn)上述條件。為此，重要的是R3是可變內(nèi)阻器，我們稱之為RV。
而且我們?cè)鯓?a href='http://www.njxqhms.com/shiyanshipin/38846.html' title='（知識(shí)點(diǎn)）表壓（CG）的原理與作用！' target='_blank'>測(cè)量平衡條件呢？這是可以使用電壓計(jì)（舊式電壓表）的地方。通過將電壓計(jì)置于A點(diǎn)和B點(diǎn)之間，我們可以測(cè)量到平衡條件。
將RX放在電路中，調(diào)整RV直至電壓計(jì)指向0。此時(shí)，記下RV的值。通過使用以下公式，我們可以估算未知內(nèi)阻RX。
RX=RV(R2/R4)
四、不平衡惠斯通電橋
假如上述電路中的VOUT不等于0（VOUT≠0），則稱惠斯通為不平衡惠斯通電橋。一般，不平衡惠斯通電橋一般用于檢測(cè)不同的化學(xué)量，如壓力、溫度、應(yīng)變等。
因此，傳感必須是阻值型的，即傳感的內(nèi)阻在其檢測(cè)的量（氣溫、應(yīng)變等）發(fā)生變化時(shí)相應(yīng)地發(fā)生變化。取代上面內(nèi)阻估算示例中的未知阻值，我們可以聯(lián)接傳感。
五、用于室溫檢測(cè)的惠斯通電橋
如今讓我們瞧瞧怎樣使用不平衡惠斯通電橋檢測(cè)體溫。我們將在這兒使用的傳感稱為熱敏內(nèi)阻，它是一種氣溫相關(guān)的阻值器。按照熱敏內(nèi)阻的氣溫系數(shù)，氣溫的變化將降低或減輕熱敏內(nèi)阻的阻值。
結(jié)果，橋VOUT的輸出電流將變?yōu)榉橇阄弧＿@意味著輸出電流VOUT與氣溫成反比。通過校驗(yàn)電流表，我們可以按照輸出電流顯示氣溫。
六、用于應(yīng)變檢測(cè)的惠斯通電橋
惠斯通電橋最常用的應(yīng)用之一是應(yīng)變檢測(cè)。應(yīng)變計(jì)是一種內(nèi)阻隨壓力、力或應(yīng)變等機(jī)械誘因成比列變化的設(shè)備。
一般，應(yīng)變片內(nèi)阻的范圍是從30Ω到3000Ω。對(duì)于給定的應(yīng)變，內(nèi)阻變化可能只是整個(gè)范圍的一小部份。為此，為了確切檢測(cè)內(nèi)阻的分?jǐn)?shù)變化，使用惠斯通電橋配置。
下邊的電路顯示了惠斯通電橋，其中未知內(nèi)阻被應(yīng)變計(jì)代替。
因?yàn)橥饬Γ瑧?yīng)變片的內(nèi)阻會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而造成電橋顯得不平衡。可以校正輸出電流以顯示應(yīng)變的變化。
應(yīng)變計(jì)和惠斯通電橋的一種流行配置是體重秤。在這些情況下，應(yīng)變計(jì)被當(dāng)心地安裝為稱為稱重傳感的單個(gè)單元，它是一種將機(jī)械力轉(zhuǎn)換為聯(lián)通號(hào)的傳感。
一般，體重秤由四個(gè)稱重傳感組成，其中兩個(gè)應(yīng)變片在外力作用時(shí)膨脹或拉伸（拉伸型），兩個(gè)應(yīng)變片在施加載荷時(shí)壓縮（壓縮型）。
假如應(yīng)變計(jì)被拉緊或壓縮，則內(nèi)阻會(huì)降低或降低。因而，這會(huì)造成橋的不平衡。這會(huì)在電流表上形成對(duì)應(yīng)于應(yīng)變變化的電流指示。假如施加在應(yīng)變計(jì)上的應(yīng)變更大，則儀表端子之間的電流差更大。假如應(yīng)變?yōu)榱悖瑒t電橋平衡而且儀表顯示零讀數(shù)。
這是關(guān)于使用惠斯通電橋進(jìn)行精確檢測(cè)的內(nèi)阻檢測(cè)。因?yàn)閮?nèi)阻的分?jǐn)?shù)檢測(cè)，惠斯通電橋主要用于應(yīng)變計(jì)和體溫計(jì)檢測(cè)。
七、惠斯通電橋的應(yīng)用
（1）惠斯通電橋用于精確檢測(cè)特別低的阻值值。
（2）惠斯通電橋與運(yùn)算放大器一起用于檢測(cè)體溫、應(yīng)變、光等化學(xué)參數(shù)。
（3）我們還可以使用惠斯通電橋的變化來檢測(cè)電容、電感和阻抗的量。
以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的“什么是惠斯通電橋？解讀惠斯通電橋工作原理”。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)。