非平衡电桥的原理和应用实验

《非平衡电桥的原理和应用实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、非平衡电桥的原理和应用引言电桥可分为平衡平桥和非平衡电桥，非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥。以往在教学中往往只做平衡电桥实验。近年来，非平衡电桥在教学中受到了较多的重视，因为通过它可以测量一些变化的非电量，这就把电桥的应用范围扩展到很多领域，实际上在工程测量中非平衡电桥已经得到了广泛的应用。一、实验目的及要求1、掌握非平衡电桥的工作原理以及与平衡电桥的异同2、掌握利用非平衡电桥的输出电压来测量变化电阻的原理和方法3、学习与掌握根据不同被测对象灵活选择不同的桥路形式进行测量4、掌握非平衡电桥测量温度的方法，并类推至测其它非电量5、用非平衡电桥测量热敏电阻的温度特性6、用热敏电阻为传感器结合非平

2、衡电桥设计测量范围为10~70℃的数显温度计二、实验仪器1、非平衡电桥（DHQJ-1、DHQJ-2、DHQJ-3、DHQJ-5型任选一种）2、DHW-2型多功能恒温实验仪3、10KΩ热敏电阻三、实验原理非平衡电桥的原理图见图1图一非平衡电桥在构成形式上与平衡电桥相似，但测量方法上有很大差别。平衡电桥是调节R3使I0=0，从而得到，非平衡电桥则是使R1、R2、R3保持不变，RX变化时则U0变化。再根据U0与RX的函数关系，通过检测U0的变化从而测得RX，由于可以检测连续变化的U0，所以可以检测连续变化的RX，进而检测连续变化的非电量。（一）非平衡电桥的桥路形式1、等臂电桥电桥的四个桥臂阻值相等，

3、即R1=R2=R3=RX0；其中RX0是RX的初始值，这时电桥处于平衡状态，U0=0。2、卧式电桥也称输出对称电桥这时电桥的桥臂电阻对称于输出端，即R1=RX0，R2=R3，但R1≠R23、立式电桥也称电源对称电桥这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称相等即R1=R2RX0=R3但R1≠R33、比例电桥这时桥臂电阻成一定的比例关系，即R1=KR2，R3=KR0或R1=KR3，R2=KRX0，K为比例系数。实际上这是一般形式的非平衡电桥。（二）非平衡电桥的输出非平衡电桥的输出有两种情况：一种是输出端开路或负载电阻很大近似于开路，如后接高内阻数字电压表或高输入阻抗运放等情况，这时称为电压输出，实际使用中

4、大多采用这种方式；另一种是输出端接有一定阻值的负载电阻，这时称为功率输出，简称功率电桥。下面我们分析一下电压输出时的输出电压与被测电阻的变化关系，功率电桥的输出可参见附录。根据戴维南定理，图一所示的桥路可等效为图二（a）所示的二端口网络。图二（a）图二（b）其中U0C为输出端开路的输出电压。Ri为输出阻抗，等效图见图二（b），可见（1）其中电压输出的情况下RL→∞，所以有（2）令Rx=RX0+ΔR，Rx为被测电阻，RX0为其初始值，ΔR为电阻变化量。通过整理，(1)、(2)式分别变为（3）（4）这是作为一般形式非平衡电桥的输出与被测电阻的函数关系。特殊地，对于等臂电桥和卧式电桥(4)式简化为（

5、5）立式电桥和比例电桥的输出与(4)式相同。被测电阻的ΔR<

6、被测电阻Rx。（四）用非平衡电桥测温度方法1、用线性电阻测温度一般来说，金属的电阻随温度的变化为Rx=RX0（1+αt）=RX0+αtRX0（8）所以△R=αRX0Δt，代入(4)式有（9）式中的αRX0值可由以下方法测得：取两个温度t1、t2，测得RX1，RX2则这样可根据(9)式，由电桥的U0求得相应的温度变化量Δt，从而求得t=t0+Δt。特殊地，当ΔR<

7、电子数目随温度的升高增加得很快，导电能力很快增强；虽然原子振动也会加剧并阻碍电子的运动，但这种作用对导电性能的影响远小于电子被释放而改变导电性能的作用，所以温度上升会使电阻值迅速下降。热敏电阻的电阻温度特性可以用下述指数函数来描述：（11）式中A为常数。B为与材料有关的常数，T为绝对温度。为了求得准确的A和B，可将式（11）两边取对数（12）选取不同的温度T，得到相应的RT，并绘lnRT-1/T曲