什么是惠斯通电桥？为什么用惠斯通电桥测量应变片？

在我的上一篇文章中，我记录了关于应变片的很多原理和参数，但是，对于应变片如何使用，如何测量并没有了深入的探究，今天先来看一看，对于应变片，我们应当如何使用。

首先，已经确定的是，应变片作为一个传感器，我们主要是使用他的阻值变化特性，因此我们需要对应变片的电阻进行测量。实际上，在电子检测中，电阻是无法被直接测量的，通常我们使用的ADC都是去测量电压，对于应变片也不例外。

之前，我在BMS的文章中记录过BMS母线电流的检测，当时是利用的检流电阻来测量电量，也就是说，已知检流电阻值R，测量R两端的电压来确定电阻R上面流过的电流。

利用上面的原理，我们可以猜测到，如果我们使得应变片上流过固定的电流I，那么，测定应变片两端的电压，就可以推算出应变片的阻值R。

如上图，使用恒流源提供给应变片一个激励，我们就可以通过deltaV来计算应变片的电阻值了。但是，这有些问题，那就是我们忽略了应变片的可变范围，它的阻值变化范围非常小，一般在0.1% ~ 0.5%之间。假设我们选择的应变片的阻值变化范围为0.2%，我们选择了一个500R的应变片，也就是说，我们的应变片的阻值变化幅度为500 * 0.002，也就是1R。

这意味着什么呢？意味着我们需要检测的范围是1R，假设激励电压是1V，检测的电压范围就是2mV。假设现在要求我们的ADC是12bit的分辨率，要达到这个分辨率，就得把2mV进行4096各等分，精度就要达到

0.488uV意味着，我们需要分辨出0.488ppm，百万分之一还不到。

再加上应变片本身的材料随温度的变化而变化，金属件本身随温度变化还有个绷胀系数，怎么测的准确呢？

这就不得不提出惠斯通电桥的概念。

上面这个图就是惠斯通电桥的典型图示，乍一看跟整流桥很像，但是八竿子打不着哈。

在上面的图中，Ve是激励电压，Vo+和Vo-是一对差分信号。R1 ~ R4是可以接应变片的地方。是的，我们可以接四个应变片，典型的场景可以映射到我们的体重秤，一般正好是4个接触点。

简单的定性分析惠斯通电桥可以这样理解，如果R1=R2=R3=R4 。Ve给定电压是5V，那么Vo-和Vo+都是2.5V，压差为0。如果R4减小，R3增大，那么Vo-电压就会上升。同时R1增大，R2减小则Vo+就会降低，最终的输出的压差就会变大。继续推理一下就能明白，最终的压差可以是4个电阻变化的叠加值。

这样一来，原来每个应变片很小的变化范围，一下子就被放大了四倍。

这还不是最重要的，最重要的是，每个应变片的温飘可以被消除掉，每个金属件的膨胀系数也会被消除掉。举个栗子，R3和R4上面的电阻温飘和金属件的膨胀方向是同时变大变小，这并不想影响Vo-的电压变化。

这就是我们使用惠斯通电桥来测量应变片的根本原因。

我之前在平衡车上的应用就在这里出现了一点小问题，我选用了垂直方向的应变计，贴在了一个变形的位置上，变形的方向导致纵向应变计和横向应变计的变化是相同的，也就是要么同时变大，要么同时变小。与此同时，我在惠斯通电桥上面的链接也出现了问题，把这两个应变计链接宰了R3和R4的位置。这导致的最终结果是，检测到变形的量缩小了。