直流非平衡电桥

《直流非平衡电桥》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、直流非平衡电桥直流电桥是一种精密的非电量测量仪器，有着广泛的应用。它的基本原理是利用已知阻值的电阻，通过比例运算，求出一个或几个未知电阻的阻值。直流电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥需要通过调节电桥平衡求得待测电阻阻值，如惠斯登电桥、开尔文电桥均是平衡式电桥。平衡电桥可用来测定未知电阻，由于需要调节平衡，因此平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，比如固定电阻的阻值。而对变化电阻的测量有一定的困难。如果采用直流非平衡电桥，则能对变化的电阻进行动态测量，直流非平衡电桥输出的非平衡电压能反映电

2、阻的变化，在实际应用中许多被测物理量都与电阻有关，如力敏电阻、热敏电阻、光敏电阻等，只要将这些特殊的电阻装在电桥的一个桥臂上，当某些被测量发生变化时，就引起电阻值的变化，从而输出对应的非平衡电压，就能间接测出被测量的变化。利用这种原理我们可制作电子天平、电子温度计、光通量计等。因此直流非平衡电桥与平衡电桥相比，有着更为广泛的应用。实验目的（1）了解非平衡电桥的组成和工作原理以及它在实际中的应用。（2）学会用外接电阻箱研究非平衡电桥的输出电压与应变电阻的关系，通过作图研究其线性规律。（3）了解桥臂电阻大

3、小对待测电阻的灵敏度和线性范围的影响，学会根据不同的测量需求来选择合适的桥臂电阻。（4）学会利用非平衡电桥测量Cu丝的电阻温度系数。实验仪器稳压电源、电阻箱、万用表（用作毫伏表）、Keithy2000（用作微伏表）、铜丝（漆包线）、加热台、温度计、导线等。实验原理非平衡电桥原理如图所示，当R3/R2=R4/R1时，电桥平衡，即：Ig=0，Ug=0；当用R4+ΔR代替R4时，R3/R2不等于R4+ΔR/R1，此时，Ig不等于0，Ug不等于0，为非平衡状态。4Ug为数字电压表电压（电压表内阻为无穷大），应

4、用电路分析知识，可算出输出的非衡电压为：图1非平衡电桥电路图分析上式，可以得到电桥的三种形式：（1）等臂电桥：R1=R2=R3=R4=R（2）卧式电桥：R1=R4，R2=R3（3）立式电桥：R1=R2，R4=R3将等臂和卧式条件带入（1）式经简化得：δ=ΔR/R4称为电阻的应变。我们在设计电桥时，令ΔR<0，于是有：输出的非平衡电压Ug与桥臂电阻的变化量成正比，为线性关系；当ΔR较大时，（2）式中的δ/2项不能省略，此时：，δ与Ug呈非线性关系。4实验内容1.用外接电阻箱研究非平衡电桥

5、的Ug~δ关系，作出Ug~δ曲线，并对曲线进行线性和非线性分析。（1）调节电源输出电压，同时用万用表直流电压档来校准，使输出电压为US=2.0V档，电路图如图1所示连接好，用万用表来测量Ug。（2）先取电桥为等臂，即：R1=R2=R3=R4=R0=1KΩ，由于导线有一定的电阻，微调R3使Ug为零，此时电桥平衡。（3）改变R4从700~1300Ω，每次改变20Ω，分别记下Ug的值，将数据填入表中，作出Ug~ΔR曲线。RX(Ω)700720740……1000……126012801300ΔR(Ω)……0……

6、Δ=ΔR/R4……0……Ug(mV)……0……（4）根据公式3过原点作一条斜线，并与实际测量的Ug~ΔR曲线比较，得出Ug~ΔR的线性范围（R1，R2，偏离线性5%均可以算作线性范围），并与理论计算值进行比较。2.保持电源电压US=2.0V不变，改变R0的值，研究非平衡电桥灵敏度和线性范围与R0的关系。（这一步只要求定性半定量测量下就可以了，主要是为了了解非平衡电桥灵敏度及线性范围与桥臂电阻的关系。）（1）电路图仍如图1所示，保持电源电压US=2.0V不变，取电桥为等臂，即R1=R2=R3=R4=R0

7、，R0取两次值，具体R0为多少自定（建议一个大一些比如几千欧姆，一个小一些比如100欧姆左右），微调R3使Ug为零，此时电桥平衡。（2）改变R4的电阻，每次改变的量和范围自定，观察非平衡电桥的灵敏度、线性范围与R0的关系。3.利用直流非平衡电桥测量Cu丝的电阻随温度的改变，并计算其电阻温度系数。（1）取桥臂电阻为50Ω，用Keithy2000（精度可以到1µV）代替万用表来测量Ug，保持恒压源输出电压为2.0V。微调R34使Ug尽可能接近0，记录下对应的Ug。（1）把3m长，直径为0.60mm的Cu丝

8、（漆包线，电阻率ρ=0.0175Ω·mm2/m）串联到R4所在的桥臂上，把Cu丝放到冷水杯子中，用加热台对杯子进行加热，用温度计测量温度。（2）测量串联上Cu丝后Ug的值（25℃，如果水温较低可以通过加热来实现），并与没有串联Cu丝时比较，计算出25℃时Cu丝的电阻值R’。继续加热使铜丝温度缓慢上升，每隔5℃记录下对应的Ug值，直到85℃为止。（3）根据Ug与25℃时的差值计算出ΔR，并在坐标纸上作出ΔR~T关系图，并求出斜率dR/dT，根据电阻温度系数