实验五十非平衡电桥的原理和应用

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1、实验五十非平衡电桥的原理和应用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，非平衡电桥在教学屮受到了较多的重视，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T衡电桥测量温度的方法，并类推至测其它非电量二、实验内容1、用非平衡电桥测量线性电阻的温度特性2、用热敏电

2、阻为传感器结合非平衡电桥设计测量范闱为10〜70°C的数显温度计三、实验仪器及配件1、非平衡电桥（DHQJ-1、DHQJ-2、DHQj-3型任选一种）2、DHW—1A型温度传感实验装置3、PtlOO或CU50传感器4、2.5KQ热敏电阻四、实验原理非平衡电桥的原理图见图1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10=0,从而得到RX?R1?R3,非平衡电桥则是使Rl、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

3、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，即Rl=R2=R3=RX0;其中RX0是RX的初始值，这时电桥处于平衡状态，110=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Rl=RX0，R2=R3,但R1关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关R34、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人近似于开路

4、，如后接高内阻数字电216图1压表或高输入阻抗运放等情况，这时称为电压输出，实际使用屮大多采用这种方式；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。其中UOC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RL?RxR3?U0?????E(1)Ri?RL?Ri?RxR2?R3?RlRxR3R2其中Ri??Rl?RxR2?R3电压输出的情况下RL—~,所以有R3??RxU0?????E(2)化量。通

5、过整理，(1)、(2)式分别变为RL?R?R2(3)Ri?RL(Rl?RX0??R)(R2?R3)?Ri?RxR2?R3?图二(a)令Rx=RXO+AR，Rx为被测电阻，RXO为其初始值，AR为电阻变UO???EE??R2?R(R1?RXO)1?(4)R1?RXOUO?R1?图二(b)式简化为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)1E1???R(5)?R4RX01?2RX0U0?立式电桥和比例电桥的输出与(4)式相同。被测电阻的△R<<RXO时，⑷式可简化为R1(6)UO??E??R(R1?RXO)2(5)式可进一步简化为

6、1EUO???R4RXO这时U0与AR成线性关系(三)用非平衡电桥测量电阻的方法1、将被测电阻(传感器)接入非平衡电桥，并进行初始平衡，这时电桥输出为0。改变被测的非电量，则被测电阻也变化。这时电桥也相应的电压U0输出。测出这个电压后，可根据(4)式或(5)式计算得到AR。对于AR<<RX0的情况下可按⑹式或(7)式计算得到AR。2、根据测量结果求得Rx=RX0+AR，并可作U0-ZXR曲线，曲线的斜率就是电桥的测量灵敏度。根据所得曲线，可由U0的值得到AR的值，也就是可根据电桥的输出U0来测得被测电阻Rx。(四)用非平衡电桥测温度方法2171、用线性电阻测温度一般来说，金

7、属的电阻随温度的变化为(8)Rx=RX0(1+at)=RX0+atRXO所以AR=ciRXOAt，代入(4)式有RlEUO????RXO??t2(9)?RXO??t(Rl?RXO)l?R1?RXO式中的aRXO值可由以下方法测得：取两个温度tl、t2,测得RX1,RX2则?RXO?RX2?RX1t2-tl这样可根据(9)式，由电桥的U0求得相应的温度变化量At,从而求得t=tO+Ato特殊地，当AR<<RXO时，(9)式可简化为R1