「非平衡电桥原理应用」.doc

非平衡电桥的原理和应用非平衡电桥也称不平横电桥或微差电桥。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。一、 目的要求：（1） 掌握非平衡电桥的工作原理以及平衡电桥的异同。（2） 用非平衡电桥测量热敏电阻的温度特性。二、 仪器装置非平横电桥，毫伏表，热敏电阻三实验原理非平衡电桥的原理如右图 ，其形式与平衡电桥相似，但测量方法差别很大。平衡电桥是调节R3使I0=0,从而得到：R=(R1/R2)R3非平衡电桥则市使R1,R2,R3不变，RX变化则U0变化。在根据U0与Rx的函数关系，通过检测的U0变化从而测得Rx，由于可以检测连续变化的U0（平路电压），所以可以检测连续变化的Rx，进而可以检测连续变化的非电量。非平衡电桥的桥路形式：（2）非平衡电桥的输出非平衡电桥的输出端开路后接高内阻数字电压表，这时 称为电压输出下面分析一下输出电压与被册电阻的变化关系根据戴维南定理，上图所示的桥路可等效为下图的二端口网络非平衡电桥U0=(Rx/(R1+R2)-R3/(R2+R3)Rl/(R1+R2)E (1)其中电压输出的情况RL ，所以有U0=（Rx/(R1+R2)-R3/(R2+R1)）令Rx=Rx0+R，Rx为被测电阻，Rx0其初始值，R为电阻变化量，整理后（2）式变为U0=(1/（R1+RX0）2)E(三)利用热敏电阻测温度热敏电阻是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PeO4 ,MgCrO5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的很快，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。但这样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。RT=Ae(B/T)式中：A为常数，B为材料有关的常数，T为绝对温度为了求得准确的，可将上式两边取对数地：LnRT=LnA+B/T选取不同的温度T，得到相应的RT，并绘制Ln-1/T曲线，即可求得A与B，常用半导体热敏电阻的B值约为1500-5000K之间不同的温度RT有不同的值，电桥的U0也会有相应的变化，可以根据U0与T的函数关系，显示和使用不是很方便，需要对热敏电阻进行线化非电桥的线形方法：在图（1）中，R1，R1，R3为桥臂电阻，具有很小的温度系数，Rx为热民电阻，由于只检测电桥电压，故RL开路，这时 U0=(R2/(R1+R2)-R3/(R2+R3)E其中Rx=AE(B/T)可见U0是温度的函数，将U0在需要测量 的温区中点T1处按泰勒级数展开U0=0.5U0”(T-T1)2+1/n！u0(n)(t-t1)6n式中U01为常数项，不随温度变化，u01(T-T1)为线形项,Un代表所有的先行项，他的值越大越好。为此令u0=0，则Un的三次项Un”可看作非线形次，从Un的四次开始数值很小。可以忽略不记根据以上的分析可推导出如下表达式U0=+m(t-t1)+n(t-t1)2式中t和t1分别是和对应的摄氏温度，线形由电桥本身决定（约为3v），B的值由热敏电阻的特性决定，根据非平衡电桥的显示表头，适当选取和m的值，可考虑使显示的毫伏值正好为摄氏温度值，这时m=1mv/，为测温范围的中心值T1mV，R3和R2的比值由下式求得：R3/R2=2*B*E/E*(B-2*T1)-2*B*-1选好R3和R2比值后，根据热敏电阻在T1时的阻值大小，选择与其值相近的R3值，即可确定的R2值 。 实验过程及数据处理选合适的热敏电阻,设计的测量范围为21-68.根据前面测定的数据绘制LnRx-1/T曲线,并求得B值.根据非平衡电桥选择的和m值，求得R3/R2 ，R3的取值为热敏电阻在21时的取值。按以上计算的值选取桥壁电阻R1,R2,R3,并保持R1,R2,R3,不变，改变温度T，电桥输出U0，再设定的测量温度范围内测量U0和T的关系并记录。对测得的U0-T关系作图并直线拟和，以检查该温度测量系统的线性和误差。数据处理：I294299304309314319324329334339Rx(k15.5913.3711.029.037.336.034.964.183.402.80根据以上数据作LnRx-1/T图像，求得B值B=R=tan=(Ln7330-Ln6030)/(1/314-1/319)4006.65所以R3/R2=2*B*E/E*(B-2*T1)-2*B*-1=2*4006.65*3/3*(4006.65-2*317)-2*4006.65*0.317-1=2.17T()2224262830U0(mv)479128189250T()3234363840U0(mv)310375461485552T()42444