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非平衡电桥的原理和设计应用.doc
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非平衡电桥的原理和设计应用
〔 实 验 讲 义 〕
使
用
说
明
书
大华科教仪器研究所
大华仪器制造
非平衡电桥的原理和设计应用
电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥,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
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
. -可修遍-
- -
3、设计一个数显温度计,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、实验容
1、用非平衡电桥测量热敏电阻的温度特性
2、用热敏电阻为传感器结合非平衡电桥设计测量围为 30.0~50.0℃的
数显温度计
三、实验仪器及配件
1、DHQJ-3/ DHQJ-5 型非平衡电桥
2、DHW-1/ DHW-2 型温度传感实验装置或 DHT-2 型热学实验仪〔含
2.7KΩ 热敏电阻〕
四、实验原理
非平衡电桥的原理图见图 1。
图 1
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异。平
衡电桥是调节 R
3
使 I
0
=0,从而得到 ,非平衡电桥那么是使 R
1
、R
2
、R
3
保持不变,R
X
变化时那么 U
0
变化。再根据 U
0
与 R
X
的函数关系,通过检测 U
0
的变化从而测得 R
X
。由于可以检测连续变化的 U
0
,所以可以检测连续变化的
R
X
,进而检测连续变化的非电量。
(一) 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 R
1
=R
2
=R
3
=R
X0
;其中 R
X0
是 R
X
的初始值,
这时电桥处于平衡状态,U
0
=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 R
1
= R
3
,R
2
= R
X0
,但 R
1
≠R
2
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
R
1
=R
2
R
X0
=R
3
但 R
1
≠R
3
4、 比例电桥
这 时 桥 臂 电 阻 成 一 定 的 比 例 关 系 , 即 R
1
=KR
2
, R
3
=KR
X0
或 R
1
=K
R
3
,R
2
=K R
X0
,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
- - word.zl-
- -
非平衡电桥的输出接负载大小分类又可分为两种。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或输入阻抗很大的运算放大电路;
另一种是负载阻抗较小,和桥臂电阻相比较。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。
根据戴维南定理,图 1 所示的桥路可等效为图 2〔a〕所示的二端口网络。
图 2〔a〕 图 2〔b〕
其中 U
0C
为等效电源,R
i
为等效阻。
由图 1 可知,在 R
L
=∞时,等效电源电压值为:
根据戴维南定理,将 E 电源短路,得到图 2〔b〕电路,据此可求出电桥
等效阻:
根据图 2〔a〕电路,得到电桥接有负载 R
L
时输出电压:
〔1〕
电压输出的情况下 R
L
→∞,所以有
〔2〕
根据〔1〕式,可进一步分析电桥输出电压和被测电阻值关系。
令 Rx=R
X0
+ΔR,Rx 为被测电阻,ΔR 为电阻变化量。
根据〔1〕式,
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