非平衡电桥的原理和应

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1、非平衡电桥的原理和应用一、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、掌握非平衡电桥测量温度的方法，并类推至测其它非电量二、实验原理(一)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

2、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。(二)用非平衡电桥测温度方法热敏电阻具有负的电阻温度系数，电阻值随温度升高而迅速下降，这是因为热敏电阻由一些金属氧化物如Fe3O4、MgCr2O4等半导体制成，在这些半导体内部，自由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

3、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）用非平衡电桥进行线性化设计的方法如下：在图一中，R1、R2、R3为桥臂测量电阻，具有很小的温度系数，Rx为热敏电阻，由于只检测电桥的输出电压，故RL开路，这时（13）其中可见U0是温度T的函数，将U0在需要测量的温区中点T1处按泰勒级数展开（14）其中（15）式中U01为常数项，不随温度变化。为线性项，Un代表所有的非线性项，它的值越小越好，为此令为零，则Un的三次项可看做是非线性次，从Un的四次项开始数值很小,可以

4、忽略不计。根据以上的分析可推导出如下表达式U0=λ+m(t-t1)+n(t-t1)3（16）式中t和t1分别T和T1对应的摄氏温度，线性函数部分为U0=λ+m(t-t1)（17）式中λ和m的值分别为（18）（19）非线性部分为n(t-t1)3是系统误差，详细推导可自己进行或参看有关资料线性化设计的过程如下：根据给定的温度范围确定T1的值，一般为温度中间值，B值由热敏电阻的特性决定,可根据(12)式所述求得。根据非平衡电桥的显示表头，适当选取λ和m的值，可考虑使显示的毫伏数正好为摄氏温度值整数倍，本实验中为提高温度

5、读数分辨率，选取m=10mV/℃,λ为测温范围的中心值T1mV。E的值由(19)式确定。R3与R1的比值由下式求得（20）由当T=T1时得：（RX1是T1温度下的热敏电阻值）（21）根据R3与R1的比值，代入（21）式，可确定R2的值，适当选择R1值可在确定R3值。三、实验要求用热敏电阻为传感器结合非平衡电桥设计测量范围为10~70℃的数显温度计。1、选用热敏电阻，设计的测量范围为10~70℃。2、在温度为室温到60℃范围内测量热敏电阻的电阻温度特性，可使用单臂电桥测量各温度点的电阻值，以提高准确度。3、根据测得

6、的数据绘制lnRT―1/T曲线，并求得A=0.0233和B=3845。4、选取T1=313K（即40℃），m=10mV/K（10mV/℃），λ=400mV5、由（19）式确定E=1047mv；由（20）式求得R3/R1=26.36；由（21）式求得R2=3542；选取R1为R2/50~R2/10范围内的某一确定值R1=354.2；得R3=9337；6、按R1、R2、R3、E的确定值接入电路，在设定的温度测量范围内测量U0与t的关系并记录。7、对测得的U0―t关系作图并直线拟合，以检查该温度测量系统的线性和误差。测

7、量序数123456789t(℃)30.035.040.045.050.055.060.065.070.0U0(mv)311358400455509561614667722t(℃)U0(mv)