Cầu Wheatstone nhận ra một thay đổi điện trở nhỏ bằng phép so sánh ra sao?
Khám phá mở rộng – Vật lý 11
Cầu Wheatstone đặt hai bộ chia điện áp cạnh nhau rồi đo chênh lệch giữa các điểm giữa. Khi các tỉ số phù hợp, hai điểm có cùng điện thế; một điện trở đổi đi có thể làm xuất hiện tín hiệu lệch khỏi cân bằng.
Đo sự khác nhau thay vì chỉ đọc một mức
Hình dung hai nhánh cùng nối với một nguồn. Mỗi nhánh có hai điện trở nối tiếp, chia điện áp nguồn thành các phần. Điểm nối giữa hai điện trở cho một mức điện thế do tỉ số của chúng quyết định.
Nếu hai nhánh chia nguồn theo cùng tỉ lệ, đo giữa hai điểm giữa cho giá trị lý tưởng bằng không. Cầu đang so một quan hệ tương đối, giống việc so hai vị trí ngang nhau thay vì đo riêng độ cao của từng vị trí so với sàn.
Cân bằng không có nghĩa mọi điện trở giống nhau
Bốn điện trở bằng nhau là một cấu hình cân bằng, nhưng không phải cấu hình duy nhất. Điều cần giữ là tỉ số tương ứng của hai nhánh.
Cũng không nên hiểu đầu ra bằng không là toàn cầu không có dòng điện. Hai nhánh vẫn có thể tiêu thụ điện từ nguồn. Chỉ chênh lệch điện thế giữa hai điểm đo là bằng không trong mô hình cân bằng.
Một thay đổi nhỏ trở thành tín hiệu có ích
Nếu một nhánh chứa điện trở cảm biến, đại lượng cần đo có thể làm tỉ lệ chia áp đổi. Mạch đọc chênh lệch nhận tín hiệu ấy; bộ khuếch đại và hiệu chuẩn giúp chuyển nó thành số đo có ý nghĩa.
Cân điện tử là một ứng dụng, nhưng cầu cũng có thể phục vụ cảm biến nhiệt độ hoặc áp suất tùy phần tử. Bản thân cầu không biết tín hiệu bắt nguồn từ nhiệt hay lực; thông tin đó đến từ đặc tính cảm biến.
Hiểu lầm: dùng cầu sẽ tự loại hết sai số nguồn và nhiệt độ. Nguồn kích thích vẫn ảnh hưởng độ nhạy khi lệch cầu; sự bù nhiệt chỉ có tác dụng khi cách bố trí và các đặc tính phù hợp. Tải của mạch đo, nhiễu và sai số linh kiện cũng cần xét.
Ghi nhớ: hai tỉ số tạo hai điện thế; chênh lệch cho biết mất cân bằng; cảm biến và hiệu chuẩn nối tín hiệu điện với đại lượng thực.