第3周大课 基本测量电路电桥
《测量电桥》课件
根据被测电阻的值，调整平衡指示器的位置，确 保测量结果的准确性。
03
测量电桥的工作方式
直流电桥
直流电桥是测量直流电阻的装置，通 过比较两个电阻的电压降来测量电阻 值。
直流电桥的缺点是测量速度慢，不适 合动态和快速变化的电阻值测量。
直流电桥的优点是精度高、稳定性好 ，适用于高精度测量和实验室环境。
原理
测量电桥利用了平衡电路的原理，通 过调整已知电阻和未知电阻的比例， 使得测量电桥达到平衡状态，从而计 算出未知电阻的值。
测量电桥的类型
01
02
03
直流电桥
使用直流电源供电，适用 于测量低电阻的电阻值。
交流电桥
使用交流电源供电，适用 于测量高电阻的电阻值。
自动电桥
通过自动调整已知电阻和 未知电阻的比例，快速达 到平衡状态，提高了测量 效率和精度。
测量电桥的应用
电子元件检测
用于检测电子元件的电阻 值，确保其性能正常。
科学研究
在物理学、化学、生物学 等领域中，测量电桥被广 泛应用于实验研究和科学 探索。
工业生产
在电子设备、电器产品的 生产过程中，测量电桥用 于检测产品的性能和质量 。
02
测量电桥的基本组成
电源
电源的作用
为电桥提供所需电压和电流，以 驱动电桥的正常工作。
电源误差
总结词
电源误差是由于测量电桥使用的电源的不稳定或噪声引起的 误差。
详细描述
电源误差会影响测量电桥的输出电压，导致测量结果不准确 。为了减小电源误差，可以采用稳定的电源供电，对电源进 行滤波和稳压处理，以及尽可能减小电源线电阻和电感。
指示器误差
总结词
指示器误差是由于测量电桥的指示器读数不准确或响应速度慢引起的误差。
交流电桥测量电路的工作原理
交流电桥测量电路的工作原理交流电桥测量电路的工作原理一、引言：交流电桥测量电路的重要性和应用交流电桥是一种广泛应用的电工测量电路，它的工作原理基于电桥平衡条件，可以用于测量电阻、电感和电容等电学元件的参数。
交流电桥在电子工程、通信工程、物理学和化学等领域都有着广泛的应用，对于准确测量和分析电路中的各种参数具有重要意义。
本文将介绍交流电桥的工作原理、基本结构和使用方法，以及其在不同领域中的应用。
二、交流电桥的工作原理1. 电桥平衡条件交流电桥测量电路的基本原理是通过对电桥的平衡条件进行调节，使得电桥两侧的电势差为零，从而能够测量未知电阻、电感或电容的值。
电桥平衡条件可以表达为：R1/R2 = R3/R4其中，R1和R2是已知电阻，R3是未知电阻，R4是用于调节的电阻。
当电桥达到平衡条件时，电桥两侧的电势差为零，即可得到未知电阻R3的值。
2. 交流电桥的基本结构交流电桥一般由电源、电桥平衡的调节元件和待测元件组成。
常见的交流电桥有魏斯顿电桥和麦克斯韦电桥等。
魏斯顿电桥由四个电阻和一个电感构成，电源通过开关连接到电桥的两个相对角上，待测电阻和电感分别连接到电桥的另外两个相对角上。
电桥平衡的调节元件一般为可变电阻，通过调节可变电阻的大小，使得电桥达到平衡条件，并通过测量电桥两侧的电势差来得到待测电阻和电感的值。
3. 交流电桥的工作原理交流电桥的工作原理是基于交流信号对电桥平衡状态的影响。
当交流信号通过电桥时，根据交流信号的频率和相位差，可以使得电桥达到平衡条件。
通过测量电桥两侧的电势差和相位差的变化，可以得到待测元件的参数值。
4. 交流电桥的使用方法和注意事项使用交流电桥进行测量时，需要注意以下几点：（1）选择合适的电桥类型：根据待测元件的类型和参数范围，选择合适的交流电桥进行测量。
不同的电桥适用于不同的测量对象，例如魏斯顿电桥适用于测量电阻和电感，而麦克斯韦电桥适用于测量电容等。
（2）调节电桥平衡：通过调节电桥平衡的调节元件，使得电桥达到平衡状态。
电桥原理与使用
电桥原理与使用
电桥是一种常用的电学仪器，它可以用来测量电阻、电感和电容等电学元件的
参数，也可以用来检测电路中是否存在故障。
电桥原理的基础是基尔霍夫电桥定律，即在电桥平衡时，桥路两端的电势差为零。
下面我们来详细了解一下电桥的原理和使用方法。
首先，我们来介绍电桥的基本原理。
电桥由四个臂组成，其中两个臂是被测元
件构成的测量臂，另外两个臂是用来调节的平衡臂。
当电桥平衡时，测量臂和平衡臂之间的电势差为零，这时可以通过调节平衡臂上的电阻或电容来实现电桥的平衡。
根据基尔霍夫电桥定律，可以通过测量平衡臂上的电阻或电容的变化来计算被测元件的参数。
其次，我们来了解一下电桥的使用方法。
首先，我们需要连接被测元件到电桥
的测量臂上，然后通过调节平衡臂上的电阻或电容来实现电桥的平衡。
在调节的过程中，可以通过连接示波器或数字电表来实时监测电桥的平衡情况。
一旦电桥平衡，就可以通过测量平衡臂上的电阻或电容的数值来计算被测元件的参数。
除了测量元件的参数外，电桥还可以用来检测电路中的故障。
当电路中存在故
障时，电桥往往无法实现平衡，通过观察电桥的不平衡情况，可以定位电路中的故障部分，从而进行修复。
总的来说，电桥作为一种常用的电学仪器，具有广泛的应用范围。
它不仅可以
用来测量电阻、电感和电容等元件的参数，还可以用来检测电路中的故障。
掌握电桥的原理和使用方法，对于电子工程师和电子爱好者来说都是非常重要的。
希望本文对大家对电桥有更深入的了解，并能够在实际工作中熟练运用电桥进行电学测量和故障检测。
电桥电路
分类。
（1）按电源分，有直流电桥和交流电桥
直流电桥桥臂只能接入电阻。它主要用于应变电桥输出可直接显示（如接励电式指示器
或光线示波器振子）而无需中间放大场合，如半导体应变计。
交流电桥桥臂可以是 R、L、C。主要用于输出需放大的场合，如金属应变计等。
（2）按工作方式分，有平衡桥式电路（零位测量法）和不平衡桥式电路（偏差测量法）。
E 4
( R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 R4
)
U 0K 4
(1
2
3
4)
（3.9）
2.温度补偿片
电阻片的电阻随温度的变化而变化，利用电桥的加加减特性，通过温度补偿片来消除这
一影响。所谓温度补偿片，是将电阻片贴在与构件材质相同但不参与变形的一块材料上，并
于构件处于相同的温度条件下。将补偿片正确连接在桥路中即可消除温度变化产生的影响。
平衡桥式电路带有手调或者自调整桥臂平衡的伺服反馈机构。仪表指示测量值时，电
桥处于平衡状态。常用于高精度、长时间静态应变测量，如双桥式静态应变仪。
不平衡桥式电路的输出，是与桥臂应变量成一定函数关系的不平衡电量，然后放大、显
示。仪表指示测量值时，电桥处于不平衡状态，它响应快，便于处理：常用于动态应变测量。
U SC
U0 4
K (1
2
3
4)
（3.5）
由上式表明，由应变片感受到的（ε1－ε2＋ε3－ε4），通过电桥可以线性地转变为电 压的变化 UBD，只要对这个电压的变化量进行标定，就可用仪表指示出所测量的（ε1－ε2 ＋ε3－ε4），公式（3．5）还表明，相邻桥臂的应变相减，相对桥臂的应变相加，这一特 性称为电桥的加减特性，今后将多次用到这一特性
电桥的使用方法
电桥的使用方法
电桥是一种用于测量电阻和电流的实验仪器。
它由一组电阻和一个电流表组成，通常用于电路中的电阻测量、电阻比较和电阻的校正等实验。
在实际使用中，电桥的使用方法包括调零、测量和校准等步骤。
我们需要对电桥进行调零。
调零是为了消除电桥的误差，使其能够准确测量电阻。
调零的方法有两种：一种是调整电桥上的相应电阻，使得电流表的示数为零；另一种是通过调节电源电压或电流，使得电流表示数为零。
调零完成后，电桥就可以准确测量电阻了。
接下来，我们可以使用电桥来测量电阻。
测量电阻的方法有两种：一种是已知待测电阻，通过调整电桥上的其他电阻，使得电流表示数为零，从而确定待测电阻的值；另一种是已知其他电阻，通过调整待测电阻的大小，使得电流表示数为零，从而测量待测电阻的值。
除了测量电阻，电桥还可以用于比较电阻。
比较电阻的方法是将待比较的两个电阻依次接入电桥的两个分支，通过调整电桥上的其他电阻，使得电流表示数为零，从而判断两个电阻的大小关系。
电桥还可以用于校准电阻。
在校准电阻时，我们需要已知一个标准电阻，将其接入电桥的一个分支，通过调整电桥上的其他电阻，使得电流表示数为零，从而确定电桥的灵敏度和误差范围。
然后，我们可以用电桥来校准其他电阻，以保证它们的准确性。
电桥是一种常用的测量电阻和电流的实验仪器，通过调零、测量和校准等步骤，可以准确地测量电阻、比较电阻和校准电阻。
掌握电桥的使用方法，对于电路实验和电阻测量非常重要。
希望通过本文的介绍，读者对电桥的使用方法有所了解，能够正确、有效地使用电桥进行实验。
电桥测试原理
电桥测试原理
电桥测试原理是一种测量电阻的方法，通过使用电桥电路来确定未知电阻的数值。
其基本原理是基于电桥平衡条件，即在电桥平衡时，电路中的电流为零。
电桥电路由四个分支组成，分别是两个相等的已知电阻和一个未知电阻串联在两个不同电位的电源上。
此外，电桥电路中还有一个可变的第四分支，通常是一个变阻器。
当电桥平衡时，可以通过调节第四分支电阻的值，使电桥电路中的电流为零。
根据欧姆定律，电阻与电流成正比，因此可以通过测量第四分支电阻的数值来推断未知电阻的数值。
具体操作时，首先调节第四分支电阻为一个估计值，然后使用电流表测量电桥电路中的电流。
如果电流不为零，则根据电流的方向和大小来调节第四分支的电阻，直到电流为零为止。
此时，调节过的第四分支电阻值就是与未知电阻相等的值。
电桥测试原理的优点是精度高，可以用于测量很小的电阻值。
然而，对于较大的电阻值，可能需要较大的电流来使电桥平衡，这可能会导致电桥电路的破坏或测量误差的增加。
因此，在应用电桥测试原理时需要注意电流的大小和电源的选择。
测量电桥原理详解分析
4
3
1
2
第一节 电桥
2. 交流电桥
R1、R4 可视为电容介 质损耗的等效电阻
电容电桥的平衡条件：
根据平衡条件，有：
ห้องสมุดไป่ตู้
Z1 Z 3 Z 2 Z 4
1 1 R1 jC R3 R4 jC R2 1 4
第一节 电桥
2. 交流电桥
U 0 1 2 3 4 UK / 4
第一节 电桥
/直流电桥 U 0 U / 4 R1 R2 R3 R41. R
b
R1 R2
（2）等臂电桥的和差特性 以下讨论中，设： ΔR1= ΔR2=ΔR3= ΔR4= ΔR
a
R4
c
R3
U0
◇ 半桥单臂
c
R3
U0
电桥平衡：b、d 点电位相等， 输出U0 为 0。 直流电桥平衡条件： R1 R3 R2 R4 或
R2 / R1 R3 / R4
第一节 电桥
1. 直流电桥
1.2 直流电桥的连接方式
b
半桥单臂：
R1 ±ΔR
R2
a
R4
c
R3
U0
U
d
第一节 电桥
1. 直流电桥
b
R1 ±ΔR1 R2 ±ΔR2
电桥的基本特性：
（1）相减特性：相邻两桥 臂上应变片阻值的变 化大小相等、符号一 致时，或者相对两桥 臂上应变片阻值的变 化大小相等、符号相 反时，对桥路的输出 电压没有影响。
b
R1 R2
a
R4 R3
c
U0
U
d
第一节 电桥 0
/直流电桥 U U / 4 R1 R2 R3 R41. R
大学物理实验——电桥法测电阻
而制造较高精度的标准电阻并不困难，用电桥 测电阻时，只要检流计足够灵敏，且选用标准 电阻作为桥臂，待测值可以达到其它三臂的标 准电阻具有的准确度。 电桥电路中的检流计只用来判断电流有无，并 不需要提供读数，所以选用的检流计只要求有 高的灵敏度，其它方面并无苛求。 电桥的缺点主要是操作较烦，且不能测量非线 性电阻。
学会正确使用电桥测量电阻的方法； 2 .了解电桥灵敏度的概念，学习对 测量电路系统误差的简单校正； 3 .掌握箱式直流电桥的使用方法。
实验仪器
“+、-”为外接电源的输人端 钮 “内、G、外”为检流计选择端 钮
当“G’和“内”由短路片连接 时，则在“G”和“外”间需外 接检流计，在“G”和“外”短 接时，本仪器内置的检流计已接 人桥路之中。
注意事项
箱式电桥使用时，电源接通时间均应很短，即不能
将B、G两按钮同时长时间按下；测量时，应先按B 后按G，断开时，必须先断开G后断开B。并养成习 惯。 箱式电桥所用电源的电压大小请看清实验室提供的 说明书或资料，按规定取值。 调节比较臂R0的四个电阻旋钮时，应由大到小。当 大阻值的旋钮转过一格，检流计的指针从一边越过 零点偏到另一边时，说明阻值改变范围太大，应改 变较小阻值旋钮。钮动旋钮时，要用电桥的平衡条 件作指导，不得随意乱钮。 测量完毕后必须断开B和G，并仍使短路片处于“内 接”状态，以保护检流计。。
电桥法测电阻
测电阻的方法
测电阻有许多种方法 ,如伏安法、欧
姆表法等 ,它们多数都不同程度地受 到电表精度和接入误差的影响。但 使用电桥法测电阻是一种比较法 ,上 述影响比较小 ,只要标准电阻很精 确 ,检流计足够灵敏 ,那么被测电阻 的结果就有较高的准确度。
实验目的
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果用任意不同性质的4个阻抗组成一个电桥，不一定
能够调节到平衡，因此必须把电桥各元件的性质按电
桥的两个平衡条件作适当配合。在很多交流电桥中，
为了使电桥结构简单和调节方便，通常将交流电桥中 的两个桥臂设计为纯电阻。
传感器技术与应用
1.26
交流电桥的平衡条件
理解直流电桥中的主要指标灵敏度 掌握直流电桥中减小和补偿非线性误差的方法 了解交流电桥的设计原则
电地暖
传感器技术与应用
1.3
电桥的平衡条件
R1 R4 R2 R3
直流测量电桥
传感器技术与应用
1.4
电桥失去平衡
若等臂电桥的桥臂电阻 R4 发生了 R 的变化（通常称 这样的电桥为单臂电桥），此时电桥就失去了平衡， 根据前面的式得到输出电压为：
传感器技术与应用
1.30
交流电桥的设计原则
常用 交流电桥
传感器技术与应用
1.31
交流电桥的设计原则
（2）电感电桥 如图1-20（b）所示的电感电桥，两相邻桥臂为电感 L1 、 L2 ，根据交流电桥的平衡要求，则
j L1 R4 j L2 R3
那么电感电桥平衡条件为
L1 R4 L2 R3
回顾
传感器的动态特性的分析方法：
可以用基于时域的瞬态响应法和基于频域的频率
响应法来分析。
基于时域的瞬态响应法： 一阶传感器的瞬态响应按指数规律上升，最终达到 稳态值；二阶传感器的瞬态响应分为欠阻尼、过阻尼和
临界阻尼几种情况。
传感器技术与应用
1.1
教学内容
直流电桥
交流电桥
传感器技术与应用
1.2
教学要求
I1Z1 I 2 Z2
U cb U db
I 3 Z3 I 4 Z 4
两式相除得
传感器技术与应用
I1Z1 I 2 Z 2 I3 Z3 I 4 Z 4
1.23
交流电桥的平衡条件
电桥平衡时
Z1Z 4 Z 2 Z3
（2）交流电桥分析 在正弦交流情况下，桥臂阻抗可以写成复数的形式：
Z R jX Z e
Z1 Z 4 Z 2 Z3 1 4 2 3
上式就是交流电桥的平衡条件，可见交流电桥的平衡 必须满足两个条件：一是相对桥臂上阻抗幅模的乘积 相等；二是相对桥臂上阻抗相角之和相等。由上式可 以得出如下两点重要结论。
传感器技术与应用
1.25
交流电桥的平衡条件
3
3
R1 R1 R2 R2 Uo E R1 R1 R3 R3 R2 R2 R4 R4
若
R1 R2 R3 R4 R
R1 R2 R3 R4 R SH E R
Uo E R
1.19
R1 R2 R R Uo E E R R R R R R1 R3 R2 R4 R R E R 2 2 R
传感器技术与应用
1.5
电桥失去平衡
在实际的传感器测量电路中，引起传感器的电阻 变化比其原始阻值要小得多，即 R R 上，因此式 分母中的 R R 项可以忽略，则上式变为
1.35
思考题
1、简述电桥的平衡条件？
2、单臂电桥、双臂电桥和全臂电桥的灵敏度怎么样？
传感器技术与应用
1.36
预习
第2章 电阻式应变传感器
传感器技术与应用
1.37
由上式可以看出，术与应用
1.13
灵敏度
灵敏度是测量电桥的一个重要指标，电桥的灵敏度可 以用电桥测量臂的单位相对变化量引起输出端电压的 变化来表示，即
U o SH R / R
根据前面的分析，单臂桥、双臂桥、全桥的灵敏度 分别为：
② 交流电桥平衡必须反复调节两个桥臂的参数。 在 交流电桥中，为了满足上述两个条件，必须调节两个 桥臂的参数，才能使电桥完全达到平衡，而且往往需 要对阻抗的幅模和相角这两个参数进行反复地调节， 所以交流电桥的平衡调节要比直流电桥的调节困难一 些。
传感器技术与应用
1.27
交流电桥的设计原则
交流电桥的4个桥臂，要按一定的原则配以不同性质的阻抗才 有可能达到平衡。从理论上讲，满足平衡条件的桥臂类型可以 有许多种，但实际上常用的类型并不多，原因如下。 ① 桥臂尽量不采用标准电感，由于制造工艺上的原因，标准电 容的准确度要高于标准电感，并且标准电容不易受外磁场的影 响。因此常用的交流电桥，不论是测电感和测电容，除了被测 桥臂之外，其他3个臂都采用电容和电阻。 ② 尽量使平衡条件与电源频率无关，这样才能发挥电桥的优点， 使被测量只决定于桥臂参数，而不受电源的频率影响。有些形 式的桥路平衡条件与频率有关，这样电源的频率不同将直接影 响测量的准确性。
R1 R R R2 R Uo E E ( R R) R R ( R R) R1 R3 R2 R4 R E 2 R R
传感器技术与应用
1.8
电桥失去平衡
同样由于 R R ，因此上式分母中的 R 项可以忽 略，则
传感器技术与应用
则
交流电桥
交流电桥主要用于测量交流等效电阻及其时间常数、 电容及其介质损耗、自感及其线圈品质因数和互感等 电参数的精密测量，也可用于非电量变换为相应电量 参数的精密测量。常用的交流电桥分为阻抗比电桥和 变压器电桥两大类，一般习惯上称阻抗比电桥为交流 电桥。交流电桥的电路与直流单电桥具有同样的结构 形式，但因为它的4个臂是阻抗，所以它的平衡条件、 电路的组成以及实现平衡的调整过程都比直流电桥复 杂得多。
传感器技术与应用
1.16
非线性误差
非线性相对误差表示为
R R E U 2 R(4 R 2R) R / R Uo E 2(2 R / R) R 2R
传感器技术与应用
1.17
非线性误差
① 改单臂电桥输出为半差动电桥输出。电桥同一支路 的两个电阻阻值发生正反向微小变化（如 R1 阻值增加 R1 ， R 阻值减少 R ），则构成半差动电桥，该 电桥输出电压为
j
若将电桥的平衡条件用复数的指数形式表示，则可得
Z1 e j1 Z4 e j4 Z2 e j2 Z3 e j3
即
Z1 Z4 e j(1 4 ) Z2 Z3 e j(2 3 )
传感器技术与应用
1.24
交流电桥的平衡条件
根据复数相等的条件，等式两边的幅模和相角必须分 别相等，故有
传感器技术与应用
1.21
交流电桥
交流电桥的原理电路
传感器技术与应用
1.22
交流电桥的平衡条件
（1）平衡条件 正弦稳态的条件下，在交流电桥的一个对角线cd上接 入交流指零仪，另一对角线ab上接入交流电源。当调 节电桥参数，使交流指零仪中无电流通过时，cd两点 的电位相等，电桥达到平衡，这时有
U ac U ad
传感器技术与应用
1.28
交流电桥的设计原则
③电桥在平衡中需要反复调节，才能使相角关系和幅 模关系同时得到满足。通常将电桥趋于平衡的快慢程 度称为交流电桥的收敛性。收敛性愈好，电桥趋向平 衡愈快；收敛性差，则电桥不易平衡或者说平衡过程 时间要很长，需要测量的时间也很长。电桥的收敛性 取决于桥臂阻抗的性质以及调节参数的选择，收敛性 差的电桥很少使用。 下面介绍几种常用的交流电桥。
1.10
电桥失去平衡
全桥直流 电桥的4个桥臂发 生变化
传感器技术与应用
1.11
电桥失去平衡
若是等臂电桥，且4个桥臂的变化为
R1 R4 R
R2 R3 R
此时电桥的输出电压为
R1 R2 Uo E R1 R3 R2 R4 R R R R E ( R R) ( R R) ( R R) ( R R) R E R
传感器技术与应用
1.32
交流电桥的设计原则
（3）电感、电容混合电桥 如图1-20（c）所示的电感电桥，两相邻桥臂为电容 C1 、L4 ，根据交流电桥的平衡要求，则
1 j L4 R2 R3 j C1
那么电桥平衡条件为：
L4 R2 R3 C1
传感器技术与应用
1.33
总结
电桥电路是将电阻、电感、电容等参数的变化转换
1 R Uo E 4 R
传感器技术与应用
1.6
电桥失去平衡
若电桥的两个臂的电阻发生了变化，通常是对 称臂的电阻发生了变化，如图所示，这个电桥称为 双臂电桥。
双臂桥两个臂的电阻发生了相 同方向的变化
传感器技术与应用
1.7
电桥失去平衡
若是等臂电桥，且两个桥臂的变化量为 R1 R4 ± R 时，此时电桥的输出电压为
传感器技术与应用
1.12
电桥失去平衡
此时电桥的输出电压为
R1 R2 Uo E R1 R3 R2 R4 R R R R E ( R R) ( R R) ( R R) ( R R) R E R
传感器技术与应用
1.29
交流电桥的设计原则
（1）电容电桥 如图1-20（a）所示，两相邻桥臂为纯电阻 R3 、 R4 ， 另相邻两臂为电容 C1 、C2 。桥臂1和2的等效阻抗分别 为 1 1
j C1
j C 2
根据平衡条件：
1 1 R4 R3 j C1 j C 2
则电桥的平衡条件为
R4 R3 C1 C2
传感器技术与应用
1.14
灵敏度
（1）单臂变化
U o 1 SH E R / R 4
（2）双臂变化