两个分压器,一个差值
发现细小变化的电桥
惠斯通电桥用四个电阻构成两个分压器,各自产生电源电压的一部分。比较中点电压可以发现电阻变化;调节电阻用来平衡电桥。千欧(kΩ)是 1000 欧姆,毫伏(mV)是千分之一伏特。
实验台
改变电路设置,预测读数,再检查挑战结果。这些是教学模型,每课都会说明模型的假设。
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工作原理
无负载的理想电桥,上方两个电阻固定为 10 kΩ。不模拟测量放大器负载、温漂,也不把电阻换算成力。
Vs 是电源电压,Rs 是传感器电阻,Rt 是调节电阻。Vleft = Vs × Rt/(10000 + Rt);Vright = Vs × Rs/(10000 + Rs),电阻以欧姆计。差值 = Vright − Vleft;零表示平衡,不表示断电。
难度
搭建 · 搭建电路
开启 5 V,传感器与调节电阻均为 10 kΩ。得到 0 V 差值。
需要提示?
Vs = 5 V; Rs = Rt = 10 kΩ → 0 V
探索 · 改变一个参数
保持 5 V、调节电阻 10 kΩ,把传感器设为 15 kΩ。读出 +0.50 V 差值。
需要提示?
Vs = 5 V; Rs = 15 kΩ; Rt = 10 kΩ → +0.50 V
独立解题 · 完成挑战
在 5 V、传感器 7 kΩ 下,调节电阻,使差值的绝对值不超过 5 mV。
需要提示?
Vs = 5 V; Rs = Rt = 7 kΩ → 0 V
延伸阅读与电路配方
发现细小变化的电桥
有用的规律
平衡时,两个中点都可以是 2.5 V,而差值为 0 V。差分测量不会显示它们共有的电压。
模型之外
真实电桥传感器可把拉伸或温度变化变成电阻变化。很小的差值通常需要放大器读取。
值得避开的误区
电桥差值为零,不代表四个电阻中的电流为零。
平衡的电桥把电源电压加倍,电阻比例不变。差值会…
- 变为 5 V
- 仍为 0 V
- 改变正负号
延伸阅读
两个中点电压同时按相同比例升高,仍然相等,相减还是零。