惠斯通电桥
发现电阻失衡
惠斯通电桥比较两个各有两个电阻的分压器。平衡表示中点电压相等,差值为零。Vs 是电源电压,Rs 是选定的传感电阻。mV 是 millivolt,毫伏:0.001 V。
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
三个固定 1000 Ω 电阻和选定的 800–1200 Ω 电阻。测量不取电流,没有负载。无放大器,不测真实应变,不模拟发热或电阻误差。
Vleft = Vs/2;Vright = Vs × Rs/(1000 + Rs)。显示带符号的 Vright − Vleft,单位毫伏。右下电阻增大,会升高右中点。
难度
搭建 · 观察
通电:5 V、1000 Ω,两边 2.5 V,差值 0 mV。
需要提示?
Vs=5 V; Rs=1000 Ω → 2.5 V; 2.5 V; 0 mV
探索 · 探索
5 V、1100 Ω:右侧约 ≈ 2.61905 V,差值 ≈ +119.0476 mV。
需要提示?
Vs=5 V; Rs=1100 Ω → Vright≈2.61905 V; ΔV≈+119.0476 mV
独立解题 · 解决
5 V、900 Ω:右侧约 ≈ 2.36842 V,差值 ≈ −131.5789 mV。
需要提示?
Vs=5 V; Rs=900 Ω → Vright≈2.36842 V; ΔV≈−131.5789 mV
延伸阅读与电路配方
惠斯通电桥
应变片是拉伸或压缩时电阻变化的传感器;应变是长度变化与原长度之比。这里直接选电阻,不测力、重量或形变。
Vleft = Vs/2; Vright = Vs × Rs/(1000 + Rs); ΔV = (Vright − Vleft) × 1000 mV
1000 Ω 时电阻比匹配;不平衡的符号表示哪边更高。真实测量需要合适传感器与校准。
实用关联
平衡不表示中点零电压,本例两侧都是电源的一半。
模型之外
相对 1000 Ω 的 +100 和 −100 Ω 不产生相同大小电压,分压关系非线性。
值得避开的误区
始终右减左,交换表笔会反转符号。电源增大会放大电压,不自动提高精度。
两个中点都是 2.5 V。差值…
- 0 mV
- 2.5 V
- 5 V
延伸阅读
比较两个中点,不是单个中点对地。
寻找平衡
5 V、1000 Ω。
两边 2.5 V;0 mV。
低于平衡电阻
5 V、900 Ω。
差值约 ≈ −131.5789 mV。
试试其他变化
1100 Ω 下把 1 V 改成 5 V:+23.8095 → +119.0476 mV,五倍。