
【化】 comparison bridge; Wheatstone bridge
惠斯通电桥(Wheatstone bridge)是一种用于精确测量电阻值的电路装置,其英文名称源于英国科学家查尔斯·惠斯通(Charles Wheatstone)。该电路由四个电阻组成,通常以菱形结构连接,并利用电势差平衡原理实现测量。当电桥平衡时,检流计(galvanometer)显示零电流,此时可通过已知电阻值推算未知电阻值,公式为:
$$
R_x = R_2 cdot frac{R_3}{R_1}
$$
这一方法因其高精度,广泛应用于电子工程、材料科学和传感器校准领域。
这一经典电路因其原理简洁、结果可靠,至今仍是工程教育和实践中的重要内容。
惠斯通电桥(Wheatstone Bridge)是一种基于电桥平衡原理设计的精密测量电路,主要用于精确测量电阻值,也可扩展用于电容、电感等物理量的检测。其核心原理是通过调节已知电阻,使电桥达到平衡状态(检流计无电流通过),从而计算未知电阻值。
基本结构
惠斯通电桥由四个电阻(R₁、R₂、R₃、Rₓ)组成桥式电路,其中Rₓ为待测电阻,其他三个电阻至少有一个可调。电路连接方式为:
平衡条件
当检流计显示无电流时,电桥达到平衡,此时满足关系:
$$frac{R₁}{R₂} = frac{R₃}{Rₓ}$$
由此可推导出待测电阻:
$$Rₓ = R₂ cdot frac{R₃}{R₁}$$
若已知R₁、R₂、R₃中的任意三个值,即可精确计算Rₓ。
该电路由英国科学家塞缪尔·克里斯蒂(Samuel Christie)于1833年提出,后因奥利弗·惠斯通(Charles Wheatstone)在1843年推广其用于电阻测量而得名。
若需测量某未知电阻Rₓ,已知R₁=100Ω、R₂=200Ω,调节R₃至150Ω时电桥平衡,则:
$$Rₓ = 200Ω cdot frac{150Ω}{100Ω} = 300Ω$$
这一过程误差通常小于0.1%,体现了其高精度优势。
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