母线检测原理(平衡电桥和非平衡电桥原理)
非平衡电桥的原理和应用
非平衡电桥的原理和应用电桥的的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等，桥式电路在检测技术、传感器技术中的应用非常广泛。
根据电桥工作时是否平衡来区分，可将电桥分为平衡电桥与非平衡电桥两种。
平衡电桥一般用于测量具有相对稳定状态的物理量，非平衡电桥往往和一些传感器元件配合使用．某些传感器元件受外界环境（压力、温度、光强等）变化引起其内阻的变化，通过非平衡电桥可将阻值转化为电压输出，从而达到观察、测量和控制环境变化的目的。
非平衡电桥在传感技术中已得到广泛应用，非平衡电桥电路是传感技术中的重要组成部分。
【实验目的】1．了解与掌握非平衡电桥的工作原理，研究非平衡电桥的电压输出特性。
2．掌握与学习用非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法。
3．初步学习非平衡电桥的设计方法，根据不同被测对象灵活选择不同的桥路形式进行测量。
【实验仪器】FQJ型非平衡直流电桥、升温加热炉与温度控制器、待测电阻。
【实验原理】1．非平衡电桥的工作原理非平衡电桥的原理图如图5.7.1所示，当调节R1、R2和R3，使桥的B、D两端电势相等，这时电桥达到平衡。
如果将平衡电桥中的待测电阻换成电阻型传感器，当外界条件(如温度、压力、形变等)改变时，传感器阻值会有相应变化，B、这时电桥处于非平衡状态。
D两端电势不再相等，假设B、D之间有一负载电阻Rg，其输出电压SAg图5.7.1 非平衡电桥Ug。
如果使R1、R2和R3保持不变，那么Rx变化时Ug也会发生变化。
根据Rx与Ug的函数关系，通过检测桥路的非平衡电压Ug，能反映出桥臂电阻Rx的微小变化，测量外界物理量的变化，这就是非平衡电桥工作的基本原理。
当桥臂电阻取不同的值时，电桥可以分为三类：（1）等臂电桥：R1?R2?R3?Rx?R（2）输出对称电桥，也称卧式电桥：R1?Rx?R，R2?R3?R?，且R?R?。
（3）电源对称电桥，也称立式电桥：R3?Rx?R，R1?R2?R?，且R?R?。
平衡电桥原理
平衡电桥原理图1 平衡电桥电路原理图电阻变量的测量电桥,结构简单,具有灵敏度高,测量范围宽,线形度好,精度高和容易实现温度补偿等优点,因此能很好地满足应变测量的要求,是目前最多最广泛的一种测量电路;上图所示为一直流供电的平衡电桥;A,B,C,D 为电桥顶点,它的四个桥臂由R1、R2、R3、R4的四个电阻组成其中任一个电阻可以是应变片,即热敏电阻,AC 两端为输入口接直流电源,BD 两端为电桥输出;当电桥输出端BD 接到一个无穷大负载电阻实际上只要大到一定数值即可上时,可以认为输出端开路,这时直流电桥称为电压桥;从ABC 半个桥看,流经R1的电流R1两端压降：R3两端压降： AC 112U I R R =+1AB 11AC 12R U I R U R R ==+3AD AC 34R U U R R =+电桥输出电压：由上式可知,当R1R4=R2R3时,则电桥U0=0,则称电桥处于平衡状态;设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为ΔR 1、ΔR 2、ΔR 3、ΔR 4则电桥的输出电压为：精确公式若将平衡条件R1R4=R2R3代入上式,并考虑ΔR 1 < R1略去高阶微量,则电桥的输出电压为：近似公式在这个平衡电桥中由热敏电阻作为我们温度设计信号的来源,当它受到不同温度时会经过整个平衡电桥来使输出电压发生变化;实现温度的检测与电压转换; 14230AB AD AC 1234R R R R U =U U U (R R )(R R )--=++114422330AC11223344(R R )(R R )(R R )(R R )U U (R R R R )(R R R R )+∆+∆-+∆+∆=+∆++∆+∆++∆3121240AC 2121234R R R R R R U U ()(R R )R R R R ∆∆∆∆=--++。
电桥平衡原理
电桥平衡原理
电桥平衡原理是电学中的一个重要概念，它是指在电桥电路中，通过调节电阻
或电容的数值，使得电桥两端的电压为零的状态。
这个原理在实际应用中有着广泛的用途，例如在电阻测量、传感器测量、无损检测等领域都有着重要的作用。
首先，我们来看一下电桥平衡原理的基本原理。
在一个简单的电桥电路中，有
四个电阻分别为R1、R2、R3、R4，它们构成一个平衡电桥。
当电桥两端的电压为零时，可以得到以下的关系式：
R1/R2 = R3/R4。
这个关系式就是电桥平衡条件。
根据这个条件，我们可以通过调节R3或R4
的数值，来实现电桥的平衡状态。
通过测量调节后的电阻数值，我们可以得到待测电阻的数值，这就是电桥在电阻测量中的应用。
除了在电阻测量中的应用，电桥平衡原理在传感器测量中也有着广泛的应用。
例如在温度传感器中，通过调节电桥电路中的电阻或电容，可以实现对温度的精确测量。
这种方法在工业自动化控制中有着重要的应用，可以实现对温度、压力、流量等参数的精确测量和控制。
此外，电桥平衡原理还在无损检测中有着重要的应用。
例如在涡流无损检测中，通过调节电桥电路中的电感或电阻，可以实现对材料缺陷的检测。
这种方法在航空航天、汽车制造、金属材料加工等领域有着广泛的应用，可以实现对材料内部缺陷的精确检测。
总的来说，电桥平衡原理是电学中一个重要的概念，它在电阻测量、传感器测量、无损检测等领域有着广泛的应用。
通过调节电桥电路中的电阻或电容，可以实现对待测参数的精确测量和控制，具有着重要的实际意义。
希望通过本文的介绍，可以对电桥平衡原理有一个更加深入的了解。
非平衡直流电桥的原理和应用共9页word资料
非平衡直流电桥的原理和应用【背景知识】直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。
按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。
平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电桥（开尔文电桥）；非平衡电桥则是通过测量电桥输出（电压、电流、功率等）并进行运算处理，得到待测电阻值。
直流电桥还可用于测量引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等，在检测技术、传感器技术中的应用非常广泛。
平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量。
【实验目的】本实验采用FQJ 型教学用非平衡直流电桥，该仪器集单臂、非平衡电桥于一体，通过本实验能掌握以下内容：(1) 直流单臂电桥（惠斯通电桥）测量电阻的基本原理和操作方法；(2) 非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法；(3) 根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法。
【实验原理】1.平衡电桥单臂直流电桥是平衡电桥，又称惠斯通电桥，其电路见图4.4.1。
其中1R 、2R 、3R 、4R 构成一电桥，A 、C 两端加一恒定桥压S U ，B 、D 之间有一检流计PA ，当电桥平衡时，B 、D 两点为等电位，PA 中无电流流过，此时有AB AD U U =，41I I =，32I I =，于是有3421R R R R = （4.4.1） 如果R 4为待测电阻R X ，R 3为标准比较电阻，则有1332X R R R K R R =⋅=⋅ （4.4.2） 图4.4.1 惠斯通电桥其中21/R R K =，称其为比率（一般惠斯登电桥的K 有001.0、01.0、1.0、1、10、100、1000等。
本电桥的比率K 可以任选）。
根据待测电阻大小，选择K 后，只要调节3R ，使电桥平衡，检流计为0，就可以根据（4.4.2）式得到待测电阻X R 之值。
非平衡电桥
1000 …… 1160 1180 1200
ΔR=R4−R0 (Ω)
……
0
……
δ=ΔR/R0
……
0
……
Ug (mV)
……
0
……
（4） 根据公式（3）过原点作一条直线（斜线），并与实际测量的 Ug ∼ δ曲线比较，得
出 Ug ∼ δ的线性范围。
即：测算
R4
的取值范围，使有
实验目的 （1） 了解非平衡电桥的组成和工作原理，以及在实际中的应用。 （2） 学会用外接电阻箱法研究非平衡电桥的输出电压与电阻应变量之间的关系，通 过作图研究其线性规律。 （3） 了解桥臂电阻大小对非平衡电桥的灵敏度和线性范围的影响，学会根据不同的 测量需求来选择合适的桥臂电阻。 （4） 学会利用非平衡电桥测量 Cu 丝的电阻温度系数。
理论线性范围的计算可以通过公式（2）和（3）来得到。给定某一ΔR 由公式（2）可
以计算得到一个 Ug，由公式（3）可以得到 Ug’，比较 Ug 与 Ug’可知道它们差别是否超过自身
大小的 5%，来计算出δ值范围（即： − 10 ≤ δ ≤ 10 ）。
105
95
4/4
2. 直流非平衡电桥的线性范围
公式（3）是δ比较小的时候的一个近似公式，当δ比较大的时候该公式不成立。当ΔR
在 0 值附近一个近似对称的正负小区间内，根据公式（2）和（3）分别计算所得的 Ug 和 Ug’，
它们之间的差值与自身的值比较时，≤ 5%，可以认为在此区间内满足线性要求。这样根据实
测 Ug 值可以使用近似公式（3）直接来计算ΔR。
3/4
思考题
1. 简述直流非平衡电桥与直流平衡电桥的关系。 2. 为什么在实验内容 1 中，ΔR 的绝对值相同时，Rx 小于 1000Ω 时的 Ug 比大于 1000Ω
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。
非平衡电桥工作原理
E
I g：输出电流、U g : 输出电压
2、非平衡电桥工作原理
设 Rx R1
R4 R2 K 电桥平衡时 R3 R1
R1
B
U
R2
A
R3
C
4
当电阻变化为 Rx R1 R1 时，电桥失去平衡。 实验中所用数字电压表 Rg R1 且令 则有： R1
D
R
E
K Ug E (1 K )(1 K )
R1
B
U
R2
A
R3
C
4
D
R
E
R1
B
U
R2
A
C
4
设Rx＝R1
Rg：电表内阻
R3
D
R
Rx
R2 R3 E [ R2 R3 R4 R2 Rg ( R3 R4 )]I g R4 E [ R3 R4 ( R2 Rg )( R3 R4 )]I g R2 R3 R4 E [ R2 R3 R4 R2 Rg ( R3 R4 )]U g R4 Rg E [ R3 R4 ( R2 Rg )( R3 R4 )]U g
U g (V )
( R1 / R1 )
g U 作 ，由图中求出最大非线性误
差 SV 0 和零点灵敏度 D ，与理论值比较。
数据处理之二
2、测量铜电阻的电阻温度系数
次
数 1
2
3
4
5
6
7
89Biblioteka 10T (℃)U 0 (V )
用作图法和最小二乘法处理数据，进 而求出铜的电阻温度系数 。
问题思考
项目
实验原理 实验内容 数据处理 实验仪器 操作要点 问题思考
非平衡直流电桥的原理和应用
非平衡直流电桥的原理和应用【背景知识】直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。
按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。
平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电桥（开尔文电桥）；非平衡电桥则是通过测量电桥输出（电压、电流、功率等）并进行运算处理，得到待测电阻值。
直流电桥还可用于测量引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等，在检测技术、传感器技术中的应用非常广泛。
平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量。
【实验目的】本实验采用FQJ 型教学用非平衡直流电桥，该仪器集单臂、非平衡电桥于一体，通过本实验能掌握以下内容：(1) 直流单臂电桥（惠斯通电桥）测量电阻的基本原理和操作方法；(2) 非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法；(3) 根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法。
【实验原理】1.平衡电桥单臂直流电桥是平衡电桥，又称惠斯通电桥，其电路见图4.4.1。
其中、、、 构成一电桥，、两端加一恒定桥压，、之间有一检流计PA ，当电桥平衡时，、两点为等电位，PA 中无电流流过，此时有AB AD U U =，41I I =，32I I =，于是有 3421R R R R = （4.4.1）如果R 4为待测电阻R X ，R 3为标准比较电阻，则有1332X R R R K R R =⋅=⋅ （4.4.2）图4.4.1 惠斯通电桥其中21/R R K =，称其为比率（一般惠斯登电桥的有001.0、01.0、、、、100、1000等。
本电桥的比率可以任选）。
根据待测电阻大小，选择后，只要调节，使电桥平衡，检流计为，就可以根据（4.4.2）式得到待测电阻之值。
2.非平衡电桥非平衡电桥原理如图4.4.2所示：、 之间为一负载电阻，只要测量电桥输出 、，就可得到值。
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1.2 母线检测原理
1.2.1 平衡电桥检测法
平衡电桥法在绝缘监测仪主机内部设置2个阻值相同的对地分压电阻R1、R2，通过它们测得母线对地电压V1、V2。
平衡电桥检测原理框图见图5-2。
图5-2：平衡电桥检测原理图
当Rx=Ry=∞时，系统无接地。
此时，V1=V2＝110V。
当系统单端接地时，得以下方程（1）：
通过此方程式可求得单端接地电阻Rx或Ry。
当系统出现双端接地时，得以下方程（2）：
此时，不能直接求解，处理方法是将Rx、Ry中较大的一个视为无穷大，按单端接地的情况求解，所求得的接地电阻值大于实际值。
Rx、Ry的实际值越接近，则测量误差越大，达到R x =R y时，测量误差∞。
1.2.2 不平衡电桥检测法
不平衡电桥检测是由主机内部两个阻值相等的对地电阻通过电子开关K1、K2按照一定的开合顺序接地。
不平衡电桥检测原理见图5-3。
图5-3：不平衡电桥检测原理图
在一个检测周期内，K1闭合K2断开，测得V1、V2，得方程（3）
然后K1断开K2闭合，经一定延时后再次测量V1、V2，得方程（4）
解联立方程（3）、（4）就可直接求得正负母线接地电阻Rx、Ry。
1.2.3 两种检测方法性能比较
平衡电桥和不平衡电桥由于本身电路的限制，都有各自的优点及缺点，其比较见表5-1。
表5-1 平衡电桥和不平衡电桥检测对比表
法；对于大型电厂直流系统，由于馈出回路接线复杂、分布电容较大，宜采用平衡电桥检测方式。