解析惠斯頓電橋在直流測量電路中的應(yīng)用方程

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1、·94·《測控技術(shù)}2009年第28卷第5期解析惠斯頓電橋在直流測量電路中的應(yīng)用方程李育德(太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原030024)摘要：在溫度、力值、稱重、應(yīng)變等許多測量應(yīng)用系統(tǒng)中，普遍采用惠斯頓電橋直流電路來實現(xiàn)非電量與電量的轉(zhuǎn)換目的。如何準確、簡單而快速地建立起所求電量的數(shù)學(xué)表達式以及該量值的大小，是電量測試過程中基本而重要的一個環(huán)節(jié)。為此，擬同一實例為模型，運用基本的線性電路分析方法，從不同的角度為切入點來逐一介紹數(shù)學(xué)模型的多種建立方法，因而得出“節(jié)點電位方程分析法”與“網(wǎng)孔電流方程分析法”的應(yīng)用方程表達式。關(guān)鍵詞：惠斯頓電橋；直流電

2、橋；電橋求解；非電量測量中圖分類號：TN710文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1000—8829(2009)05—0094—04AnalysisoftheEquationofWheatstoneBridgeinDCMeasurementLIYu．de(DepartmentofMaterialsScienceandEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China)Abstract：Inmanysystemsformearsuringtemperature，force，strainandweig

3、ht，WheatstonebridgeDCcircuitiswidelyusedtoconve~coulometer．Howtosetupthemathematicalexpressionoftheelectricquantityquick—lyandaccuratelyisabasicandanimportantsegment．Thebasiclinearcircuitanalysismethodisusedtointro—ducemanywaystosetupdifferentmathematicalmodels．Nodeequationanalysi

4、smethodandmeshcurrente-quationanalysismethodaregot．Keywords：Wheatstonebridge；DCbridge；bridgesolution；non—electricalmeasurement惠斯頓電橋廣泛應(yīng)用在直流測量電路中，常常用檢流計內(nèi)阻：尺=10n，檢流計電流：Is=0．1A。當(dāng)因于把不易檢測的非電量信號轉(zhuǎn)換為容易檢測的電信電橋所處的外界條件(如：力傳感器因受外力、溫度傳號，起著信號轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)年P(guān)鍵作用。例如：在測力、稱感器因溫度變化而破壞電橋的原有平衡)改變時，電重應(yīng)用領(lǐng)域中，傳感器的基

5、本作用就是利用惠斯頓電橋中各參數(shù)都將發(fā)生變化，這樣電橋就產(chǎn)生了不平衡橋把施加的力值轉(zhuǎn)換為電壓(電流)值；在溫度計量應(yīng)現(xiàn)象，從而使電橋輸出值發(fā)生變化。那么非電量與之用中，電橋把因溫度變化而產(chǎn)生的電勢差值轉(zhuǎn)換為電所產(chǎn)生的電量變化的結(jié)果便是所欲求的?？稍O(shè)非電量壓(電流)值，等等。可以舉出很多類似這樣的應(yīng)用實為，電量為y，則Y=．廠(X)。今假設(shè)有一力傳感器因例。能否將這些電量信號準確地寫出表達式，這將關(guān)受力后使電橋輸出產(chǎn)生變化，用檢流計檢測到電橋有系到給計算機控制、儀表顯示、邏輯關(guān)系等諸多環(huán)節(jié)處0．1A電流輸出，試求口6支路中電流，值。理能否奠定一個可靠、穩(wěn)定、

6、線性的邏輯基礎(chǔ)。61惠斯頓電橋直流電路分析法1．1問題的提出因不同的實際需要，電路的結(jié)構(gòu)形式是很多的。為敘述方便而擬定如圖1所示的模擬電路結(jié)構(gòu)圖，其參數(shù)設(shè)置為：R=R=5n，R2=R3=10Q，E1=12V，收稿日期：2008—11一l3作者簡介：李育德(1957一)，男，主要從事理論電工、測控7L~'l試技術(shù)、熱工、數(shù)字儀器儀表開發(fā)及應(yīng)用工作。圖1惠斯頓電橋直流測試電路解析惠斯頓電橋在直流測量電路中的應(yīng)用方程·95·1．2方程分析法的應(yīng)用解析出，克希荷夫電流定律對節(jié)點電流闡述的內(nèi)容變化為分析與計算復(fù)雜電路常應(yīng)用歐姆定律和克希荷夫?qū)?jié)點電導(dǎo)內(nèi)容的闡述。在方

7、程組Ⅱ式中，令：與所求定律。但因電路復(fù)雜多變，在進行分析計算時往往極節(jié)點(或稱：本節(jié)點)連接的電導(dǎo)之和稱為自電導(dǎo)，連為繁復(fù)。因此，要根據(jù)實際電路的結(jié)構(gòu)特點去尋找分接本節(jié)點與相鄰節(jié)點間的電導(dǎo)稱為互電導(dǎo)。這樣便可析與計算的最簡便方法。比如，疊加法、戴維南法，有得到節(jié)點電位方程分析法的表達式為：{[自電導(dǎo)]×許多種方法。首先要了解每種方程分析法的特點，進[本節(jié)點電位]}一∑{[互電導(dǎo)]×[相鄰節(jié)點電位]}而掌握分析的方式與方法，這樣才能有一個清晰的分=∑±與本節(jié)點相連的電流源值(流進本節(jié)點的電流析過程。源取+號，反之取一號)。1．2．1節(jié)點電位方程分析法該表達式

8、不僅適用于直流惠斯頓電橋在實際應(yīng)用用檢流計來測量電橋輸出的大小是將