本文讨论的是惠斯通电桥与PT100(热敏电阻)的实际应用,不讨论理论知识,关于惠斯通电桥的理论知识请看这篇文章:https://zhuanlan.zhihu.com/p/267085334
使用Multisim仿真,搭建一个电桥,其中R2,R3,R4都为120Ω,R1是阻值随温度变化的电阻,假设R1的电阻为250Ω(因为温度变化导致电阻增加了130Ω),假设Vs为2.5V,此时根据公式Vo = Vs * (R2 / (R1 + R2) - R4 / (R3 + R4))计算得出,Vo ≈ -439mV,仿真结果如下:
仿真结果与计算值相同。意思就是如果我们知道Vo的电压为-439mV,那么我们就知道R1增加了130Ω,进而可以算出温度变化。
但是实际情况往往是R1会拉很长的线连出去,线上也是有电阻的,并且线上的电阻也是随温度变化的(任何材料的电阻都会随温度变化而变化),那么实际的模型就会变成下面的模型:
a等效线上的电阻,此时Vo为-461mV,我们认为R1的电阻增加了140Ω,而实际上只增加了130Ω,有10Ω是导线引入的,这样就带来了误差。
有一个方法可以减小这种误差,在R1的其中一端引出2根导线,按照下图的接法连接:
这样得到的Vo是-428mV,当R2=R3=R4时,这3种情况Vo的计算方法分别为:
结果是:
并且通过仿真也验证了,当R1=3R2时,2根线和3根线的误差相同,如下图:
也就是说,“两根线的接法误差比3根线的接法误差更小”这句话是有前提条件的,前提条件就是R1≤3R2,因此必须根据温度的变化范围去选择合适的R2的值,否则效果会更差。
未完。。。
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