实验名称直流非平衡电桥的应用

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1、直流非平衡电桥的应用实验名称：直流非平衡电桥的应用——数字温度计的设计评分姓名学号班级桌号同组人本实验指导教师实验地点：基础教学1106室实验日期20年月日时段一、实验目的：1.掌握直流非平衡电桥的工作原理及与直流平衡电桥的异同；2.学习直流非平衡电桥的使用方法；3.学习传感器非线性特性的线性化设计4.用直流非平衡电桥设计一款数字温度计。二、实验仪器与器件：1、DHQJ-1型非平衡电桥、导线若干；2、DHW-1型温度传感实验装置（铜电阻、热敏电阻）；三、实验原理：1．直流平衡电桥、直流非平衡电桥直流电桥可分为平衡电桥和非平衡

2、电桥（非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥）。平衡电桥需要工作在平衡态下，可以准确测量未知电阻（如单臂电桥），测量精度很高。但平衡的调节要求严格，需要耗费一定的时间。非平衡电桥工作在非平衡态下，可测量任一桥臂上的物理量变化。实际生产技术中，往往有些待测量准确度要求不是很高，但需要连续快捷的测量。如：铁路桥梁的应力检测、产品质量检测及待测量的变化量中。尤其在传感器技术越来越广泛应用于各种非电学量测量情况下，智能检测和自动控制系统中，直流非平衡电桥就显示出了优势，这时电桥中某一个或几个桥臂，往往是具有一定功能的传感元件，这些元件的

3、电阻值随待测物理量（如温度、压力）的变化而相应改变，电桥处于非平衡状态。利用非平衡电桥可以很快连续测量这些传感元件电阻的变化，由此获得这些物理量变化的信息。本实验就是利用直流非平衡电桥的特点设计一款数字温度计。石家庄铁道大学第8页共8页直流非平衡电桥的应用2.非平衡电桥工作原理非平衡电桥工作思路：直流非平衡电桥的电路如图1（b）所示，其在构图形式上与平衡电桥如图1(a)相似，但测量方法上有很大差别。平衡电桥的待测电阻是定值电阻，当调节使（平衡的意义）,得到，因此，平衡电桥可以准确地测量电阻。如果将平衡电桥电路中的待测电阻RX

4、换成一个电阻型传感器，在某一条件下，先调整电桥达到平衡，得到此条件下的电阻阻值。然后，当外界条件改变时，传感器阻值会有相应变化，此时，桥臂上的电阻、、保持不变，而变化，这时电桥不再平衡，桥路两端的电压随之而变。即：，随之变化（不平衡的意义），而的大小反映了电阻的变化情况，这时，如果我们把B、D两点的不平衡电压信号（或电流信号）引出来加以测量【如图1(b)】，就可以根据与的函数关系,通过检测连续变化的就可以检测连续变化的，由此可检测传感器电阻对应的连续变化的非电量。这就是非平衡电桥工作的基本思路。图1（a）直流平衡电桥图1（b

5、）直流非平衡电桥非平衡电桥的桥路形式：根据直流非平衡电桥桥臂上电阻满足的关系，其桥路有如下几种形式：（1）等臂电桥：电桥的四个桥臂电阻阻值相等。即；其中是的初始值，对应于电桥平衡状态（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BD，即，，但（3）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但（4）比例电桥：这时桥臂电阻成一定的比例关系，即，或，，K为比例系数。实际上这是一般形式的非平衡电桥。石家庄铁道大学第8页共8页直流非平衡电桥的应用直流非平衡电桥的输出电压：当电桥处于非平衡态时，B、

6、D两端电压不为零，即，此时，的大小即为非平衡电桥的输出。按照非平衡电桥的输出接负载的大小不同，输出又可分为两种：一种是负载阻抗相对于桥臂电阻很大，如输入阻抗很高的数字电压表（本实验即为此类）或输入阻抗很大的运算放大电路；另一种是负载阻抗较小，几乎与桥臂电阻相比拟。后一种由于非平衡电桥需输出一定的功率故又称为功率电桥。根据图1（b）电路，电桥接有负载时输出电压（具体推导请见附录）：（1）设：非平衡电桥桥臂上的电阻是一个持续变化的量，令：，其中：为被测电阻，为其初始值（此时电桥平衡，有），为电阻变化量。则：（2）（2）式就是一般

7、形式直流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（等臂：；卧式：，，但），（2）式简化为（3）当被测电阻的ΔR<

8、的。根据（6）式，当T=T1时有：；T=T2时有：将上两式相减后得到（7）将（7）代入（5）可得（8）4、用非平衡电桥进行热敏电阻线性化设计的方法——数字温度传感器的设计。我们设计的数字温度计其温度探头采用半导体热敏电阻，温度显示由非平衡电桥上的数字电压表显示。半导体热敏电阻具有负的电阻温