实验9非平衡电桥特性测定

1、大学物理实验教案实验名称：非平衡电桥特性测定一实验目的1、了解非平衡电桥的工作原理。2、了解非平衡电桥在单臂输入，双臂输入以及全臂输入时的输出特性。二实验仪器电源，数字电压表，滑线变阻器，电阻箱（4个）。三实验原理如图所示是电桥测量线路的基本形式。它由Rl,R2,R3,R4四个阻抗元件首尾串接而成,即称为桥臂。在串接回路中相对的两个结点A、C接入电桥电源 Us（也称工作电压）；在另RiU D邑 U sR3 R4R2R 4 R1R3(Ri R2XR3 R4 / 一 KU S两个相对结点 B、D上将有电压 U。（也称输出电压）产生。若适当选取四个桥臂阻抗元件 的阻值，在接入电桥的工作电压Us时，电

2、桥没有输出电压 Uo（Uo=0），这时称电桥为平衡电U B = 桥；反之，为非平衡电桥（Uo* 0）。即可得而桥路输出电压U O U B -U D ,将上两式代入得: 当式中的比例常数 K为（1） K =0 （ R2R4二R1R3）时，u。=0，这种情况是平衡电桥。（2） K : 0 （ R2 R4 R1 R3 ）和 K . 0 （ R2R4 R1R3 ）时，U。=0。这两种情况是非 平衡电桥。根据直流非平衡电桥电阻变化值接入桥臂的方法不同而桥路输出特性分为（如上图所 示）:1、单臂输入时的桥路输出特性若设各桥臂的阻值为 R1=R2=R3=R4=R。，把传感器输出的电阻变化量（ R）接入桥臂

3、R1, 即卩R1=Ro+ R,由上式可知：输出电压 Uo与电桥输入电阻变化量 R的关系为：4 R。2 LRU42；s,（式中LRR0定为传感器电阻的相对变化）定义dU o电桥输出灵敏度为:d ( :R)S1Us则单臂输入时，电桥输出灵敏度为:4 RO 。U OU s4，这时桥路的输出电压与电阻的相对变化才有近似线性关系。2、双臂输入时的桥路输出特性.：RU OUsUs2RO2，这时电桥输出灵s_Us敏度为：2RO，可见，双臂输入时电桥的输出灵敏度比单臂输入时提高一倍。桥路的在相邻的两臂中接差模输入，根据上式得输出电压Uo与成线性关系变化。3、全桥输入时的桥路输出特性在相邻的两臂中接差模输入，而

4、在相对的两臂中接共模输入。由上式得RU sUs-；UsS4U ORO，这时桥路的输出灵敏度：R。，可见，全桥输入时，桥路输出灵敏度等于双臂输入时的2倍，等于单臂输入时的 4倍。桥路的输出电压 Uo与&成线性关系变化。四实验内容及步骤按教材85页11 2实验测量电路图接好线路，Ri=R2=R3=R4=Ro=2OOO Q , R=100 Q。1、研究单臂输入时的桥路输出特性(1) 将四个桥臂的电阻箱阻值都调节为 Ro ,电源电压为8V，闭和开关观察电桥是否平 衡，即数字电压表读数是否为零。 若不平衡调节任意一个臂使其平衡， 即数字电压表读数为 零(即 Uo=0)。(2) 使桥臂Ri每次增加 R,用

5、数字电压表测出相应的桥路输出电压Uo。2、研究双臂输入时的桥路输出特性(1) 同上(1)(2) 使桥臂R1每次增加 R，同时桥臂R2每次递减 R。用数字电压表测出相应的桥路 输出电压Uo。3、研究四臂输入时的桥路输出特性(1) 同上(1)(2) 使桥臂R1和R3每次增加 R,同时桥臂 R2和R4每次递减 R。用数字电压表测出 相应的桥路输出电压 U。以上三种情况测得的次数多一些，一般测到UoR的关系曲线不成线性关系曲线为止。五注意事项1、实验接线时，先把四个电阻箱调整到便于读数的方位，相互靠拢构成一个方阵。2、按实验测量电路接线，待指导老师检查后方可进行实验。六实验数据及数据处理表一单臂输入时

6、电阻的变化和桥路输出电压的测量数据 R( Q )Uo(V)00.0001000.0932000.1823000.2674000.3505000.4266000.5007000.5278000.640 R( Q )U(V)00.0001000.2022000.3953000.5884000.7845000.9836001.1857001.3928001.604表三 全臂输入时电阻的变化和桥路输出电压的测量数据： R( Q )U(V)00.001000.392000.783001.164001.555001.936002.317002.708003.089003.47表二 双臂输入时电阻的变化和桥

7、路输出电压的测量数据:根据三个表中的实验数据在同一坐标上分别作出非平衡电桥输出电压Uo与电阻变化 R的三条关系曲线（见附页）Ai(120, 0.100)、Bi(390, 0.340)Si 二 ki tg、 iU 0iU 0Bi - U of0.340 0.1000.240390 -120270：0.00089)U 0i的不确定度:UU0Bimy .020.010(V).3UU0Ai0.010:(V)、3U。1的不确定度:U.U01USJ? X 0.010:3：0.0082 (V)R1的不确定度:U 1R1 A1= 2.5()U L-R1 B 12.5 L)L/R：i=U Ri Ai u RiB

8、i=J? M 2.5 拓 2.0(0). 3ESi(ursi的相对不确定度:0i0.008222.0W窗)72” 0.034S1的不确定度：USiES St =0.034Si0.00089:0.000030Si的结果正确表达式:St = Si 二 uSi = (8.9 二 0.3)10E si = 0.034=3.4%(P 二 0.683 )1、在单臂输入时电桥的关系曲线上另取两点: 单臂输入时电桥输出灵敏度2、在双臂输入时电桥的关系曲线上另取两点: 双臂输入时电桥输出灵敏度A2(150, 0.300)、B2(690, 1.360)。同理可得U.U02ES2US2S2 二 k 2-匚耳21.3

9、60 -0.300690 -150540)1060 :- 0.00196UU0B22-UU0A220.0082 VSRU . R2A22-U.R2B22二 2.0-.1(Ug)2：Rj -U 0r20.0082 2 2.0 2:-0.0086 :- 0.00902= ES2 S2 =0.0090.00196: 0.000018S2的结果正确表达式:S2 二S2 _Us =(19.6 _0.2)10 - (V . JE s2 = 0.009 = 0.9 %(P = 0.683 )3、在全臂输入时电桥的关系曲线上另取两点：A3(140, 0.540)、B3(735, 2.840)。同理可得全臂输入时电桥输出灵敏度2.3000.003875952.840 -0.540735 -140u U 0.0082 V. U 03U S3= 2.0?ES3U U 032f)2-iRa(0.0082 )2 (竺)2 跆 0.0049 & 0.0052.300595S3的结果正确表达式：S3 7 宀=(