惠斯登电桥原理及应用

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1、惠斯登电桥的原理与应用大学物理基础性实验乐山电大幸荣安【摘要】惠斯登电桥是大学物理基础性实验之一。教学辅导中发现，在理工科中，不同专业的学员，对惠斯登电桥原理的学习要求各不相同，有的专业学员对惠斯登电桥原理只作一般性了解和使用；而电子工程技术类的学员则作一般性了解和使用外，还要求对每一个原理在其它项目中的应用。本文对惠斯登电桥原理作了一般性的论证分析外，还对对惠斯登电桥原理在温度控制技术作了入门式讨论分析。【关键词】惠斯登电桥交换测量法热敏电阻     这里介紹一种測量电阻值大小的方法，這种方法称为惠斯登电桥測量法。它的特別之处，是在于精确、精細，几乎省去人在判读時所

2、形成的誤差。並且由于它的精細，我們要用它去測量电阻阻值和測量电阻随温度变化的情形，也就是电阻的温度系数。究竟惠斯登电桥是如何能够达到精确、精細的功能？以下就来了解它的原理。一、惠斯登电桥（平衡电桥）测电阻的原理.惠斯登电桥原理图1中，接通电源，调节电桥平衡，即调节电桥四个“臂”R1、R2、R3、Rx，当检流计G的指针指零，B、D两点电位相等，则有式称为比率k。箱式惠斯登电桥的比率K有0.001，0.01，0.1，1,10，100，1000七档。根据待测电阻Rx大小选择K，调节R3使检流计G为零，由Rx=KR3求出待测电阻Rx值。电流计G的B、D两点电位(7--2)(7

3、--3)由上式看出，当R1R3=R2Rx时，电流计G的B、D两点电位差Uo=0，电桥处于平衡，这就是惠斯登电桥。二、箱式惠斯登电桥的结构线路(以QJ23型箱式直流单臂电桥为例)图(a) 分析箱式惠斯登电桥的结构线路.提示:当比率转换开关K连接到0.001的挡位时,R1代表一只电阻的值，而R2代表7只电阻串联值.在不同的挡位时,R1R2所代表的电阻串联值.各不相同.Rx:被测电阻接线柱R3:由四个可变电阻箱串联组成.每个可变电阻箱的挡位X1Ω、X10Ω、X100Ω、X1000Ω构成.箱式惠斯登电桥的操作法1.检流计的指针作调零处理.2.确定待测量电阻的大致数值,在Rx被

4、测电阻接线柱间接上被测量电阻.3.根据被测量电阻的大小值选定比率转换开关K连接的挡位.4.测量时用跃接法按下"B"和"G"按钮(按下后立即松开)，若指针偏向"+"方向.则增加R3的数值;若指针偏向"-"方向,则减小R3的数值,反复调节直至电桥平衡.5.测量有感电阻(如电机、变压器等)时,应先接通"B"和后接通"G"按钮,断开时应先放开"G"再放开"B".6.使用完毕,必须断开"B"和"G"按钮,并且将检流计的联接片接在"内接"位置,也保护检流计.    2．箱式惠斯登电桥的结构(以QJ23型箱式直流单臂电桥为例)版面布置图.图(B)三、测量方法1.在被测电阻位置接待测

5、电阻Rx按惠斯登电桥的操作方法直接测量.2.交换测量法:当比率K不变,Rx和R3的位置相互交换,得到R`3=KRx,R`3是交换后电桥平衡的新值,将Rx=KR3和R`3=KRx两式整理得得到的结果与比率K系统无关，说明此法可以抵消系统误差的影响.四、惠斯登电桥原理在温度控制技术中的应用惠斯登电桥原理的应用:惠斯登电桥可以测量电阻、电容、电感、温度、频率、及压力等许多物理量,同时广泛应用在自动控制技术中.3.惠斯登电桥原理在温度控制技术中的应用若R1、R2、R3为固定电阻，Rx为热敏电阻,即随温度变化的电阻，Rx=R(t)。设室温t=t0时，Rx=Rx0，当温度t=t0

6、+Δt时，Rx=Rx0+ΔRx，由（4-22-3）式求得电压Uo为：（7--4）      在室温t0时要预调平衡，即调节R1、R2和R3，使R1R3=R2Rx0，则（4-22-4）式变为：                （7--5）若Rx电阻变化很小，ΔRx<

7、（电流计端等臂），也称卧式电桥：当　R1=Rx0，R2=R3，且R1≠R3，（7--6）式变为：(7--8)③电源对称电桥（电源端等臂），也称为立式电桥：当　R1=R2，R3=Rx0，且R1≠R3，（4-22-6）式变为： （7--9）   由上三式可以看出，当ΔRx<