非平衡电桥的原理和应用实验.docVIP

非平衡电桥的原理和应用 引言 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，非平衡电桥在教学中受到了较多的重视，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、实验目的及要求 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 5、用非平衡电桥测量热敏电阻的温度特性 6、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 二、实验仪器 1、非平衡电桥（DHQJ-1、DHQJ-2、DHQJ-3、 DHQJ-5型任选一种） 2、DHW-2型多功能恒温实验仪 3、10KΩ热敏电阻 三、实验原理 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。 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R1=R2=R3=RX0；其中RX0是RX的初始值，这时电桥处于平衡状态，U0=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R1=RX0，R2=R3，但R1≠R2 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=R2 RX0=R3 但R1≠R3 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大近似于开路，如后接高内阻数字电压表或高输入阻抗运放等情况，这时称为电压输出，实际使用中大多采用这种方式；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。 图 二（a） 图 二（b） 其中U0C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 （1） 其中 电压输出的情况下RL→∞，所以有 （2） 令Rx=RX0+ΔR，Rx为被测电阻，RX0为其初始值，ΔR为电阻变化量。 通过整理，(1)、(2)式分别变为 （3） （4） 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)式简化为 （5） 立式电桥和比例电桥的输出与(4)式相同。 被测电阻的ΔR RX0时，(4)式可简化为 （6） (5)式可进一步简化为