測量電阻值，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?

看這種比較簡單的理解方式。在這張圖紙里，一共有兩個支路：R1和R2組成一個，R3和R4組成另一個。根據(jù)圖紙上的電阻值來看，R1和R3之間的電壓值將會是相等的，而R2和R4之間的電壓值也會是相等的。這是因為R1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點和C點的電勢是相同的。如果你用導(dǎo)線將A和C連接起來，這兩點之間是沒有電荷流動的。這時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)，并在上個電路中的A和C點處串接一只電流表。若電流表示數(shù)為0的時候，我們即可立刻得出電阻Rx的值——因為如上文所述，AC兩點間無電流流動的時候，AC兩點電壓一定相同，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.

不過如果G的示數(shù)不為零，我們該怎么辦呢?這時候AC兩點的電壓肯定不相等，我們可將R2換成一只可變電阻，并重復(fù)試驗，在實驗中，接通電源并開始調(diào)整可變電阻。注意到在上一張圖中，B點和D點在電路中其實是相同的點，因此我們可以把它們畫在一起。在調(diào)整電阻的過程中，你會發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)出現(xiàn)變化，而調(diào)整至電流表沒有示數(shù)后，說明達到了和第一種情形下的狀態(tài)相同的狀態(tài)。此時你可以按照第一種情形下的計算公式，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?

事實上，通過計算原理圖中的AC兩點的電壓差，你可通過三個已知電阻的阻值來直接算出一個未知電阻的阻值，這樣計算的優(yōu)點主要有二：你可以通過這樣的方式測量一個很難到達位置的電阻阻值，比如埋在混凝土里的測溫電阻的阻值。而另一方面，這樣測量的精準度也要比直接測量電阻時儀表的測量精度高。對于較小的電阻阻值測量時，我們不再需要將其放大，而是在其他三個精度較高的電阻幫助下，直接通過電壓的差值來直接運算出精確度很高的電阻阻值。

一個比較經(jīng)典的應(yīng)用就是測量微小的應(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，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，用以檢測內(nèi)部力的變化。

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

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