多功能电桥的使用.doc

多功能电桥的使用【实验目的】1、掌握惠斯通电桥比较法测量电阻的原理和方法；2、学习非平衡电桥、功率电桥的工作原理；3、掌握非平衡电桥、功率电桥的使用方法。【实验原理】1、 惠斯通电桥 单臂电桥线路如图1所示，被测电阻RX(即图中 R3)与三个已知电阻R1、R2、R3、连成电桥的四个臂。四边形的一个对角线接有检流计，称为“桥”，另一个对角线上接电源E，称为电桥的电源对角线。电源接通，电桥线路中各支路均有电流通过。 检流计指针指零，这时电桥处于平衡状态。 根据电桥的平衡条件，若已知其中三个臂的电阻，就可以计算出另一个桥臂的电阻，因此，电桥测电阻的计算式为： R1GR2R3R4=Rx 图1惠斯通电桥原理图 22. 非平衡电桥原理非平衡电桥的原理图见图2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。（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R1R23、 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R1R34、 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。 图 三（a）根据戴维南定理，图一所示的桥路可等效为图三（a）所示的二端口网络。其中U0C为输出端开路的输出电压。Ri为输出阻抗，等效图见图三（b），可见 （1） 其中 电压输出的情况下RL，所以有 （2） 令Rx=RX0+R，Rx为被测电阻，RX0为其初始值，R为电阻变化量。图 三（b） 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R RX0时，(4)式可简化为 （6） (5)式可进一步简化为 (7) 这时U0与R成线性关系(三) 用非平衡电桥测量电阻的方法 1、将被测电阻（传感器）接入非平衡电桥，并进行初始平衡，这时电桥输出为0。改变被测的非电量，则被测电阻也变化。这时电桥也相应的电压U0输出。测出这个电压后，可根据(4)式或(5)式计算得到R。对于RRX0的情况下可按(6)式或(7)式计算得到R 。 2、根据测量结果求得Rx=RX0+R，并可作U0-R曲线，曲线的斜率就是电桥的测量灵敏度。根据所得曲线，可由U0的值得到R的值，也就是可根据电桥的输出U0来测得被测电阻Rx 。【实验步骤】1、惠斯通电桥测电阻；2、非平衡电桥测电阻；3、功率桥测功率【实验表格】表1 用惠斯通电桥测电阻及灵敏度 单桥 E=3V66666666661000010000100001000101001000100010101010表2 非平衡电桥测电阻 单桥 非平衡02V E=1.5V 22002300240025002600270028002900300031003200表3 功率电桥测量负载功率实验数据单桥 E=3V 功率桥 2800290030003100320033003400350036003700380039004000【实验数据处理表格】表1 用惠斯通电桥测电阻及灵敏度 单桥 E=3V66666666661000010000100001000101001000100010101010灵敏度表2 非平衡电桥测电阻 单桥 非平衡02V E=1.5V 2200230024002500260027002800