測(cè)量電阻值，你的精度夠高嗎？

斯特通電橋是一種非常適合精密測(cè)量電阻量的電路。雖然已經(jīng)發(fā)明了近150年，但其依然因其極高的測(cè)試精度而受到電子工程師的青睞。

電橋的工作原理是什么?

看這種比較簡(jiǎn)單的理解方式。在這張圖紙里，一共有兩個(gè)支路：R1和R2組成一個(gè)，R3和R4組成另一個(gè)。根據(jù)圖紙上的電阻值來(lái)看，R1和R3之間的電壓值將會(huì)是相等的，而R2和R4之間的電壓值也會(huì)是相等的。這是因?yàn)镽1和R2之間的電阻值之比與R3和R4之間的電阻值之比相等，因此他們分得的電壓也是相等的。這就使得A點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)是相同的。如果你用導(dǎo)線將A和C連接起來(lái)，這兩點(diǎn)之間是沒(méi)有電荷流動(dòng)的。這時(shí)候你可以稱電橋是平衡的。

現(xiàn)在我們假設(shè)電阻R4的值未知(并設(shè)它為Rx)，并在上個(gè)電路中的A和C點(diǎn)處串接一只電流表。若電流表示數(shù)為0的時(shí)候，我們即可立刻得出電阻Rx的值——因?yàn)槿缟衔乃?，AC兩點(diǎn)間無(wú)電流流動(dòng)的時(shí)候，AC兩點(diǎn)電壓一定相同，所以可以得到R1和R2之間的電阻值之比與R3和R4之間的電阻值之比也相等。即可算出Rx的電阻值。Rx=(R2 x R3)/R1.

不過(guò)如果G的示數(shù)不為零，我們?cè)撛趺崔k呢?這時(shí)候AC兩點(diǎn)的電壓肯定不相等，我們可將R2換成一只可變電阻，并重復(fù)試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，接通電源并開(kāi)始調(diào)整可變電阻。注意到在上一張圖中，B點(diǎn)和D點(diǎn)在電路中其實(shí)是相同的點(diǎn)，因此我們可以把它們畫(huà)在一起。在調(diào)整電阻的過(guò)程中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)出現(xiàn)變化，而調(diào)整至電流表沒(méi)有示數(shù)后，說(shuō)明達(dá)到了和第一種情形下的狀態(tài)相同的狀態(tài)。此時(shí)你可以按照第一種情形下的計(jì)算公式，將可變電阻的阻值代入并算出Rx的電阻值。

電橋究竟能干什么?

事實(shí)上，通過(guò)計(jì)算原理圖中的AC兩點(diǎn)的電壓差，你可通過(guò)三個(gè)已知電阻的阻值來(lái)直接算出一個(gè)未知電阻的阻值，這樣計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)主要有二：你可以通過(guò)這樣的方式測(cè)量一個(gè)很難到達(dá)位置的電阻阻值，比如埋在混凝土里的測(cè)溫電阻的阻值。而另一方面，這樣測(cè)量的精準(zhǔn)度也要比直接測(cè)量電阻時(shí)儀表的測(cè)量精度高。對(duì)于較小的電阻阻值測(cè)量時(shí)，我們不再需要將其放大，而是在其他三個(gè)精度較高的電阻幫助下，直接通過(guò)電壓的差值來(lái)直接運(yùn)算出精確度很高的電阻阻值。

一個(gè)比較經(jīng)典的應(yīng)用就是測(cè)量微小的應(yīng)力變化。所有應(yīng)力變化反映在應(yīng)力片上的體現(xiàn)就是在應(yīng)力片彎曲時(shí)，其電阻發(fā)生了非常微小的變化。這種應(yīng)力片主要被深埋在建筑或橋梁的內(nèi)部，用以檢測(cè)內(nèi)部力的變化。

測(cè)量電阻時(shí)，我們也是使用一個(gè)電橋電路，將電阻值的變化轉(zhuǎn)化成電壓值的變化并送入放大器。通過(guò)測(cè)量電壓值，從而能夠得到電阻值。這種測(cè)量方法十分普遍，并且有效。

明白了電橋的原理，下次設(shè)計(jì)溫敏或者光敏電路的時(shí)候，明白該用什么樣的方法測(cè)量微小的電阻量了嗎?