惠斯通电桥与三线制热电阻

百科   2024-11-28 06:06   山东  

惠斯通电桥(Wheatstone Bridge)是一种用于精确测量电阻的电路,由英国发明家克里斯蒂于1833年发明,但由于查尔斯·惠斯通是第一个使用该电桥来测量电阻的人,因此人们习惯上将其称为惠斯通电桥。

惠斯通电桥由四个电阻组成一个四边形,通常称为电桥的四个臂:R1、R2、R3和Rx(待测电阻)。在电桥的对角线A和C之间连接电源,在另一对角线B和D之间接入检流计G。惠斯通电桥的工作原理基于比较两个电路分支之间的电势差来确定未知元件的值。当电桥平衡时,满足以下关系:R1/R2 = R3/Rx。通过调节可变电阻直到电桥平衡,可以非常精确地测量出待测电阻Rx的值。当电桥处于不平衡状态时,即B和D两点的电势不相等时,检流计G中有电流通过。通过调节R1、R2和Rx的阻值,使得B和D两点的电势相等,此时电桥达到平衡状态,检流计G中无电流通过。

导线电阻会随着温度的变化而变化,这是由于导线材料的电阻温度系数引起的。例如,铜的电阻温度系数为0.00385Ω/°C。因此,当环境温度变化时,导线电阻也会相应变化,从而影响测量结果。三线制热电阻通常与惠斯通电桥配合使用,以提高温度测量的精度。三线制接法的主要目的是消除连接导线电阻对测量结果的影响。在三线制接法中,热电阻通过三根导线连接到测量电路。这三根导线通常具有相同的材质、截面积和长度,以确保它们的电阻值和温度系数相同。这种配置可以有效减少由于导线电阻变化引起的测量误差。在三线制接法中,热电阻的一端通过一根导线连接到电桥的电源端,另一端则通过两根导线分别连接到电桥的相邻桥臂上。

在三线制热电阻的应用中,热电阻作为惠斯通电桥的一个桥臂,其阻值会随着温度的变化而变化。当环境温度变化导致导线电阻变化时,由于两根导线电阻相同且连接在相邻桥臂上,它们对电桥平衡的影响相互抵消,从而减少了测量误差。

实际应用中的注意事项‌:
  • 确保三根导线的材质、截面积和长度完全一致。

  • 导线应物理上紧密放置,以确保它们的温度一致。

  • 使用相同尺寸和长度的导线,并将其均匀分配在半桥的相邻桥臂中。

由于三线制接法可以消除或大幅减少导线电阻的影响,因此在工业过程中,它被广泛应用于需要高精度温度检测的场合。特别是在导线较长或环境温度变化较大的情况下,三线制接法能够提供较为稳定的测量结果。

电仪小助手
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