Chương 2:
MẠCH CẦU
WHEATSTONE
Cầu Wheatstone là mạch cầu được chọn nhiều nhất trong
việc đo những biến dạng điện trở nhỏ (tối đa 10%) như trong
việc dùng các miếng đo biến dạng.
1. Nguyên lý:
Đối cầu Wheatstone của hình 1:
Tín hiệu đầu ra E
m
qua thiết bò đo với trở kháng Z
m
:
R: điện trở danh nghóa ban đầu của các điện trở R
1
, R
2
, R
3
& R
4
(thường là 120 nhưng là 350 cho các bộ biến cảm).
V: điện áp cung cấp cho cầu.
trở.điệncủavòđơnđổiBiến:
(1)
4
4
3
3
2
2










m
E
Zm
m
Hình 1: Mạch cầu Wheatstone
R1
R2
R4
R3
V
Điện áp cung cấp cho cầu là một nguồn năng lượng cung
cấp thật ổn đònh.
Phần lớn Z
m
lớn hơn R rất nhiều (ví dụ như:Vôn kế, bộ khuếch
đại với liên kết trực tiếp) do đó thì phương trình (1) trở thành:
Từ (2) có nhận xét là: sự thay đổi đơn vò điện trở của 2 điện
trở nghòch nhau. Đặc tính này của cầu Wheatstone thường được
dùng để bảo đảm tính ổn đònh nhiệt của mạch đo và cũng để
dùng cho các thiết kế đặc biệt.
2. Cân bằng ban đầu:





R
R
R
R
R
R
R
RV
Em
Mạch cầu cân bằng ban đầu
Em
R1
R2
R3
R4
V
Ra
Rb
một thế kế nhiều vòng. Trong phần lớn thường sử dụng
R
a
=20k, R
b
=40k đủ thích hợp cho việc cân bằng.
Trong trường hợp của các bộ biến cảm, việc cân bằng có
thể thực hiện trực tiếp lên bộ cảm biến bằng cách thêm những

E
V
D
A
Active
Dumm
R3
R4
R2
R1
V
Cầu Wheatstone cho phép kết hợp nhiều miếng đo hữu
công. Hình trên cho thấy bốn miếng đo được dán lên thanh mẫu.
Khi thanh mẫu bò kéo ra khỏi bởi lực P, những biến dạng tương
tự sẽ là:
: hệ số Poisson.
A: tiết diện ngang.
E: Modun đàn hồi.
Bốn miếng đo như vậy tạo thành cầu Wheatstone nên điện áp ở
đầu ra sẽ là:
Độ uốn của thanh mẫu sẽ được cầu Wheatstone cảm nhận
vì các miếng đo 1 và 3 ( cũng như 2&4) sẽ cộng các biến dạng
có dấu nghòch với nhau và như thế sẽ tự triệt tiêu theo nhiệt độ.
Đây là nguyên lý được dùng thường xuyên trong việc thiết kế
các bộ cảm biến.
 
 
.12

 KEmE