嵌入式工程师必学：惠斯通电桥测量电阻原理与应用
嵌入式工程师必学：惠斯通电桥测量电阻原理与应用
惠斯通电桥是一种经典的电阻测量电路，由英国物理学家查尔斯·惠斯通爵士于1843年发明。它通过将未知电阻与已知电阻进行比较，实现高精度的电阻测量。本文将详细介绍惠斯通电桥的工作原理及其在现代工业中的应用。
概述
1843年，英国物理学家查尔斯·惠斯通爵士（1802-1875）发明了一种用于测量电阻的桥式电路。这种电路后来被称为惠斯通电桥电路，其基本原理是将未知电阻与已知电阻进行比较。惠斯通电桥不仅适用于测量电阻，还特别适合测量电阻的微小变化，因此在应变计（SG）等传感器中有着广泛的应用。应变计能够将施加的机械应变转化为电阻的成比例变化，而惠斯通电桥则能够精确地测量这种变化。
在惠斯通电桥电路中，当桥臂达到平衡状态时，电流计的读数将变为零。这种设计使得电桥具有很高的灵敏度和精确度。由于其敏感特性，惠斯通电桥的测量结果更加可靠。值得注意的是，电桥测量不需要对指示器（检流计）进行校准，因为零点指示器是自校准的。此外，电桥测量是通过直接参考稳定的无源元件进行的，这进一步提高了测量的准确性。
对于音频交流电源，电压和频率的具体数值并不重要。如果使用简单的耳机或交流伏特计代替电流计，并在前面添加一个放大器，就可以实现准确的电容和电感测量。在射频（RF）领域，也可以通过配合适当的传感设备来使用惠斯通电桥。通常情况下，空值最适合确定等价性。如何检查指示装置的完整性？你只能参考已知的标准来做这件事。
为什么惠斯通电桥电路在精确测量电阻方面非常重要？
惠斯通电桥电路在精确测量电阻方面具有重要价值，主要体现在以下几个方面：
高精度测量：惠斯通电桥通过比较未知电阻与已知电阻，能够实现高精度的电阻测量。这种测量方法不受电源电压和频率的影响，因此具有很高的稳定性和可靠性。
灵敏度高：惠斯通电桥具有很高的灵敏度，能够检测到电阻的微小变化。这种特性使其在应变计等传感器中得到广泛应用。
自校准特性：惠斯通电桥的零点指示器是自校准的，不需要对指示器进行额外的校准工作。这种设计简化了测量过程，提高了工作效率。
应用广泛：除了在电阻测量中的应用，惠斯通电桥还可以通过适当的修改，用于电容和电感的测量。这种灵活性使其在多个领域都有广泛的应用。
稳定性好：惠斯通电桥通过直接参考稳定的无源元件进行测量，这种测量方式不受环境因素的影响，具有很高的稳定性。
综上所述，惠斯通电桥电路在精确测量电阻方面具有重要价值，其高精度、高灵敏度、自校准特性以及广泛的应用范围，使其成为电子工程领域不可或缺的测量工具。