交流电桥 (2)
带相敏整流的交流电桥
设差动电感传感器的线圈阻抗分别为Z1和Z2。
当衔铁处于中间位置时，Z1=Z2=Z，电桥处于平衡状态，C点电位等于D点地位，电表指示为零。
当衔铁上移，上部线圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，则下部线圈阻抗减少，Z2=Z-△Z。
如果输入交流电压为正半周，则A点电位为正，B点电位为负，二极管V1、V4导通，V2、V3截止。
在A-E-C-B支路中，C点电位由于Z1增大而比平衡时的C点电位降低；而在A-F-D-B支中中，D点电位由于Z2的降低而比平衡时D 点的电位增高，所以D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。
如果输入交流电压为负半周，A点电位为负，B点电位为正，二极管V2、V3导通，V1、V4截止，则在A-F-C-B支中中，C点电位由于Z2减少而比平衡时降低（平衡时，输入电压若为负半周，即B点电位为正，A点电位为负，C点相对于B点为负电位，Z2减少时，C点电位更负）；而在A-E-D-B支路中，D点电位由于Z1的增加而比平衡时的电位增高，所以仍然是D点电位高于C点电位，电压表正向偏转。
同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反向偏转，输出为负。
可见采用带相敏整流的交流电桥，输出信号既能反映位移大小又能反映位移的方向。
自动检测技术练习题1
一、填空1、电涡流传感器的物理效应是 电涡流效应 ，压电传感器的物理效应是 压电效应 ，电阻式应变式传感器的物理效应是 电阻应变效应 ，电磁感应式传感器的物理效应是 法拉第电磁感应定律 、光纤传感器的物理效应是 传光原理 。
2、检测系统由对被检测对象进行检测、变换、传输、分析、处理、判断和显示等不同功能的环节组成。
3、检测系统的基本特性一般是指检测系统输入量和输出量关系的特性。
它分为静态特性和动态特性。
4、描述静态特性的参数有：灵敏度、分辨力、线性度、迟滞和稳定性。
5、误差按其出现的规律可分为系统误差、粗大误差和随机误差三种。
6、利用光生伏特效应可制成 光电池 光电器件，利用外光电效应可制成光电管 和 光电倍增管 光电器件，利用内光电效应可以制成 光敏电阻 、光敏二极管 和 光敏三极管 光电器件。
7、测量误差的基本表示方法有绝对误差 、 相对误差、引用误差 、 基本误差 、附加误差 。
8、热电偶传感器的原理是 热电效应 ，产生的热电动势是由接触电动势 和温差电动势 两部分组成分。
9、在自动检测系统中常用的信号放大的方式有 测量放大器 、 隔离放大器。
10、检测系统中常见的信号转换电路有U-I 、 I-U 、U-F 、 F-U 、 A/D 、D/A 。
11、具体来说，传感器的选用应从测量对象和测量环境 、灵敏度 、频率响应特性、线性范围、 稳定性 、 精度 方面考虑。
12、常用的差动式电感传感器有变隙式、变面积式及螺线管式三种。
13、绝对误差∆与系统量程L 之间的比值为 引用误差 ， 其表达式为%100⨯∆Lx 。
14、随机误差具有 对称性 、有界性、单峰性统计特性。
15、电涡流传感器按激励频率的高低分类，有 高频反射式 和 低频透射式 两种类型。
16、感应同步器的信号鉴别方式有 鉴相法 和 鉴幅法 。
17、电容式传感器可分为_变面积式__ ___变间隙式__ _变介电常数式__三种类型18、石英晶体有X 、 Y 、Z 三个晶轴分别被称为_电轴_ 机械轴 光轴。
交流电桥
D ～
图d:海氏电桥 适合测量高Q值的电感
• 低电容器在电路中可以等效成一纯 电容C和一损耗电阻 R 的串联(如图 1）。常用损耗角的正切来衡量实际 电容器的质量，称为损耗（或损耗因 子）：
C
rC
UR IR D tan RC I UC C
⑷
• 高电容器在电路中可以等效成一纯 电容C`和一损耗电阻 R 的并联(如图 2）。在等效的并联电路中
Z1Z 3 Z 2 Z 4 将各阻抗值带入电桥平衡条件， 1 3 2 4 方程两边实部和虚部分别相等，可得
Ra Cn C x Rb Rb Rn Rx Ra 1 1 D tan C x Rx Cn Rn
IR R 1 (4`) D tan I C C U C R
U
图2：电容等效电路
• 实际电感线圈总存在电阻，在低频 情况下，可将它等效成一纯电感线圈L 和一损耗电阻 rL 的串联（如图2）.为 了衡量线圈的质量，用品质因数Q来 定量描述： L ⑸ Q rL
L
rL
图3:电感等效电路
(10)
各阻抗带入电桥平衡条件得： Rb Ra Cn Lx 1 (C R ) 2 n n Rb Ra Rn (Cn ) 2 (11) Rx 2 1 (Cn Rn ) Lx 1 海氏电桥的平衡条件与频率有关 Q Rx Cn Rn 实验时反复调节 Cn 和 Rn 的值，直到电桥示零器读数达 最小，电桥平衡，读出电桥平衡时 Cn , Rn 的值，带入(11) 式算出待测电感、损耗电阻和品质因数。
主要内容
实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容
重点：交流电桥的实验原理 难点：交流电桥的调节平衡的方法
传感与检测技术1-2-电桥电路
大家好
E
R1 R1 R2
R3 R3 R4
（1 1）
1.2.4 电桥电路
当电桥平衡时,U0=0，所以:R1 R4 = R2 R3或R1/R2 =R3/R4
电压灵敏度
(1-2)
若R1由应变片替代，当电桥开路时，不平衡电桥输出的电压为:
U0
E( R1 R1 R1 R1 R2
R3 R3 R4
大家好
1.2.4 电桥电路
电桥电路在传感器的测量中应用很广泛，它可以把电阻的变化转换为电压 的变化。电桥电路按照不同的分类方法可以分为以下几种类型。 1.按电源的性质分类
按照电源的性质分，可分为直流电桥和交流电桥两种类型。图1为直流电桥电路图。
1）直流电桥
平衡条件，当RL→∞时，电桥输出电压
:
U0
大家好
1.2.1 传感器的分类
（4）按传感器输出能量关系分类，可将传感器分为有源传感器和无源传 感器两大类。 有源传感器是将非电能量转换为电能量，称之为能量转换型传感器，也称 换能器。通常配合有电压测量电路和放大器。 如:压电式、热电式、电磁式传感器等。 无源传感器又称为能量控制型传感器。被测非电量仅对传感器中的能量起 控制或调节作用。所以必须具有辅助能源(电能)。 如:电阻式、电容式和电感式传感器等。 （5）其他：按用途、学科、功能等进行分类。
1.2 传感器基本知识及电桥电路
1.2.1 传感器的分类 1.2.2 传感器的特性参数 1.2.3 传感技术的发展趋势 1.2.4 传感器中常用的基本测量电路
——电桥电路
大家好
1.2.1 传感器的分类
传感器是一门知识密集型技术，传感器原理各异，学科广泛，种类繁多， 一般可用如下方法分类: （1）按照被测物理量分类，可分为温度、压力、湿度、位移、流量、液 位传感器等。 （2）按照工作原理分类，可分为参量传感器（如电阻传感器、电容传感 器等）、发电传感器（如光电式传感器、热电偶传感器等）、脉冲传感器 （如光栅、磁栅式传感器等）及特殊传感器（如光纤传感器、超声波传感 器等）。 （3）按照输出信号的性质可分为模拟式和数字式传感器。
交流电桥的平衡条件
交流电桥的平衡条件
电桥平衡条件有两个：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幅角之和相等。
电桥电路的主要特点就是当四个桥臂电阻的阻值满足一定关系时，会使接在对角线间的电阻中没有电流通过，这种情况称平衡状态。
其中存在一种特殊结构的电路——直流单臂电桥，R1、R2、R3和R4叫电桥的臂，检流计G接于CD之间称为“桥”。
一般情况下R1、R3两端的电压不相等，即C、D两点间的电势不等，G中有电流通过。
改变R1、R3的大小，可以使UAC=UAD，这时G中无电流通过。
当G中无电流时叫做“电桥平衡”。
本实验就是研究R1、R2、R3和R4之间满足什么关系时电桥平衡。
交流电桥在测量时除了要满足阻抗模相等的条件，还要满足一定的阻抗角条件，即体现在测量实践中就是必须调节两个元件方能使电桥平衡，而直流电桥只需调整一个参数即可。
若想改变一个四臂直流电桥的性质是不可能的，它们只能做数量上的变化。
但对于交流四臂电桥来说，它的复数桥臂可以是各种各样的串并联线路。
即交流电桥四臂的组成具有多样性。
交流电桥测电阻的原理和应用
交流电桥测电阻的原理和应用交流电桥原理及应用交流电桥是一种常用的测量电阻的仪器，它的原理基于电流的分压和电位的平衡。
交流电桥通过比较未知电阻和已知电阻的电流分压来测量未知电阻的值。
它包括一个由四个电阻组成的电桥电路，一个标准电阻箱和一个导电体或电容器。
交流电桥的工作原理是基于交流电流的相位差。
交流电桥的原理基于维纳斯教洽文离签理定律，在平衡状态下，电桥电路的两边电势差相等。
在平衡条件下，一个小的电流可以通过未知电阻来流过，然后通过标准电阻箱。
由于交流电流具有相同的频率和相位，所以可以使用相对简单的数学关系计算未知电阻值。
交流电桥的应用十分广泛。
以下是一些典型的应用：1.测量未知电阻值：交流电桥最常见的应用是测量未知电阻的电阻值。
通过调节标准电阻箱上的已知电阻，当未知电阻和已知电阻的电势差为零时，就可以得到未知电阻的电阻值。
2.测量电导率：交流电桥可以用来测量导体材料的电导率。
通过将导体材料连接到交流电桥电路中，当电位差为零时，可以计算出导体材料的电导率。
3.测量绝缘电阻：交流电桥还可以用来测量绝缘材料的绝缘电阻。
通过将绝缘材料的一端连接到交流电桥电路中，当电位差为零时，可以计算出绝缘材料的绝缘电阻。
4.测量电容器值：交流电桥还可用于测量电容器的电容值。
通过将电容器连接到交流电桥电路中，当电位差为零时，可以计算出电容器的电容值。
5.测量电感值：交流电桥还可用于测量电感器的电感值。
通过将电感器连接到交流电桥电路中，当电位差为零时，可以计算出电感器的电感值。
总结来说，交流电桥是一种测量电阻和其他电性参数的常用仪器，它通过比较已知电阻和未知电阻的电流分压来测量未知电阻的值。
交流电桥的应用非常广泛，包括测量电阻值、电导率、绝缘电阻、电容值和电感值等。
这使其成为电子工程师、电力工程师和实验室研究人员等的重要工具。
交流电桥
交流电桥实验目的掌握交流电桥的组成原理和用交流电桥测量电感和电容的方法。
实验仪器THMJ-2型交流电路物理实验箱，双踪示波器，万用表实验原理交流电桥比直流电桥有更多的功能，用途更广泛，可用来测量电阻、电感、电容、磁性材料的磁导率、电容的介质损耗等，是测量仪器中常用的基本仪器之一。
交流电桥电路与直流电桥电路相似，如果把惠斯通电桥的四个桥臂改为电抗元件（电阻、电感、电容和它们的组合），把直流电源和检流计分别改为交流电源和交流平衡指示器（如交流毫伏计G 或耳机等），就可以组成交流电桥，如图23-1所示。
1．交流电桥及其平衡条件如图23-1中，•Z 1、•Z 2、•Z 3、•Z 4是各桥臂复阻抗。
在A 、B 端加入交流信号源，C 、D 两端接入交流零指示器G ，当指示器G 为零时，称电桥达到平衡。
电桥达到平衡时，C 、D 两点电位相等，则有：⎪⎩⎪⎨⎧==••••••••22114231Z I Z I Z I Z I 可得••••=4321Z Z Z Z （23-1）复阻抗可用Z •=Z e j φ的形式表示，因此式（23-1）可表示成)(43)(214321ϕϕϕϕ−−=j j e Z Z e Z Z （23-2）“Z i ”和“φi ”分别为复阻抗Z •i 的“模”和“幅角”，式（23-2）相等必须其两边的“模”和“幅角”分别相等，即⎪⎩⎪⎨⎧=−=−43214321Z Z Z Z ϕϕϕϕ（23-3）（23-4）式（23-3）、（23-4）是交流电桥平衡的充分必要条件。
也就是说，交流电桥平衡时，除了满足阻抗大小比例条件式（23-3）外，还必须满足相角条件式（23-4），这是交流电桥与直流电桥在平衡调节中的本质区别。
显然交流电桥的平衡调节要比直流电桥复杂得多。
2元器件的等效电路在交流电源作用下，交流电桥桥臂各元件都存在能量损耗——相当于纯电阻能耗。
电阻在交流电源作用下，往往具有电感（线绕电阻尤为明显）和分布电容。
交流电桥的使用方法
交流电桥的使用方法交流电桥是一种常用的电器测量仪器，广泛应用于电工、电子、物理等领域。
它能够测量电阻、电容、电感等各种物理量，具有高精度、灵敏度高的特点。
本文将介绍交流电桥的使用方法，希望能对大家理解和运用电桥有所帮助。
一、交流电桥的基本原理交流电桥的基本原理是基于交流电信号的平衡条件。
当电桥中的电荷达到平衡状态时，电桥的两个分支中的电流和电压之间存在着特定的关系。
通过测量和调节电桥两侧分支的电压和电流，可以准确地计算出待测物理量的数值。
二、交流电桥的组成交流电桥一般由四个电阻分支、电源和一个待测元件组成。
其中，两个电阻分支用作比较，一个电阻分支用于调节平衡条件，而待测元件则连接在另一个电阻分支上。
交流电桥可以通过旋钮、开关等调节元件来实现平衡条件。
三、交流电桥的使用步骤1. 连接电桥：首先，将待测元件正确地连接到电桥的一个分支上，并将其他三个分支和电源进行连接。
2. 调节平衡：打开电源，逐步调节平衡旋钮，使得电桥两侧的电流和电压差最小。
这时，电桥处于平衡状态，可以进行测量。
3. 测量物理量：根据待测元件的类型和性质，选择合适的测量方式。
例如，测量电阻时可以通过改变已知电阻分支的阻值，并观察电桥平衡状态的变化来得出待测电阻的数值。
4. 记录结果：将测量结果准确地记录下来，并进行必要的计算和分析。
需要注意的是，测量时要保持仪器的精确度和稳定性，避免误差的产生。
四、交流电桥的注意事项1. 保持仪器干净：使用前应仔细清洁电桥的外壳和连接端子，确保连接良好，以避免导线接触不良造成误差。
2. 避免过载：在进行测量时，要注意待测元件的额定值，避免过载输入，否则可能会损坏电桥或待测元件。
3. 注意电源选择：交流电桥一般需要外接电源，选择合适的电源电压和频率，以确保正常工作和测量准确。
4. 注意温度环境：温度对电桥的测量结果有一定影响，所以尽量在恒温环境下进行测量，或者进行相应的补偿计算。
结论：交流电桥是一种非常重要的电器测量仪器，具有广泛的应用领域。
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实验名称 ：交流电桥
实验目的：掌握交流电桥的组成原理和用交流电桥测电感电容的方法.
实验原理:
一，交流电桥组成与基本原理
平衡条件 ： 4
3
2
1Z Z Z Z
即
43214321 i i e Z Z e Z Z 实部相等
4
3
21Z Z Z Z 虚部相等 4
321
二,交流元件
电阻0R
Z R i 电流与电压相位一致
电容 容抗1C X Z i C 电流比电压超前2
电感 感抗L
x Z i L 电流比电压落后2
实验一:交流电桥测电感
各臂阻抗
1111
2
2
33441/11
s s X X X Z R i C R i C R Z R
Z R Z R R i L R i L
&
&&&
12311x s R R i L R R i C R
实部与虚部分别相等,得到平衡时
2342312314//X s
X X
L R R C R R R R R R R R R R R
其中Rx 为Lx 的损耗电阻，是由于涡流作用以热量形式发散出去，恰似在电感上串联一个Rx 等效电阻。
电感的Q 值 X
R L
Q
实验二:交流电桥测电容
各臂阻抗
11223411X
X s
s Z R Z R Z R i C Z R i C
&&
&& 121
1
s X
s X R R R R i C i C
实部与虚部分别相等,得到平衡时,
2112
,X S X S R R C C R R R R
其中CS 为标准电容，由电容箱调节RS 为标准电阻，由电阻箱调节，Rx 为Cx 的损耗电阻，是由于涡流
作用以热量形式发散出去，恰似在电容上串联一个Rx 等效电阻。
试验记录
实验仪器及规格精度
ZX17-1交直流电阻器 0.5W RX710型十进制电容箱50V AC 参考值
13X L mH : 10L R : 0.68X C F : 0.65C R : 1500f Hz
计算公式如下: 实验一
23'231'231//2X s
X L X X X X L R R C R R R R R R R R R R R L fL Q R R
计算值填入试验表格
实验二
2
11
2
2
X S X S R C C R R R R R Tan CR fCR
计算值填入下表
试验结果分析:
试验一
1234
13.574
X X X X X L L L L L mH
由于第四组试验数据的电阻测量结果有太大偏差,故舍弃.则
111
11.603
X X X X R R R R
11211.03..X
X
X
X
L f L Q H S R R
实验二
1234
0.654X X X X X R R R R R
1234
0.664
X X X X X C C C C C F
x x x x 20.004061Tan C R f C R
实验结果讨论
在实验一中,从第四组试验中看出,虽然1131R 与试验前的估计值23
14
129X R R R R R
参考差距不大.但
是,所得电阻的结果却相差甚远.所以在实验时要求23,R R 的电阻要求要在200欧姆以上.否则造成的误差将会很大. 实验一中,从第四组试验就是一个很好的例子.电感值能够接受.电阻值就必须舍弃了.
实验还要求23,R R 电阻要小于1000 .设想231000R R ,则23
14
3225.8X R R R R R 估计参考.电阻箱
所用档位越高,则误差越大.所以实验要求23,R R 电阻要小于1000 .
每一组试验得到的Q 和an T 的平均值并不等于由平均值得到的Q 和an T .这是由于人耳听觉分辨到那么清晰,并且试验次数不多.才出现这种现象.猜测若试验次数够多,则会有
X R ,(,)X X X Q L Q R L 以及(,)(,)X X X X Tan R C Tan R C
思考题
1，调解电桥平衡的顺序
答1按照电路图连接电路.2检查无误后接通电源3先固定电阻值1R ,再调节S C ,直道喇叭声音最小4然后固定S C ,调节1R ,直道喇叭声音最小.此时则找到符合要求的一对1,S R C 值.电桥平衡. 2为什么 电感电容要案示意图放置
答:
电容 容抗1C X Z i C 电流比电压超前2
电感 感抗L
x Z i L 电流比电压落后2
又有计算公式 43214321 i i e Z Z e Z Z
在试验一中, ,电容箱与电感在相对两臂,等式复角差才会相等,才可能平衡. 在试验二中,两个电容箱在同侧桥臂,等式复角差才会相等,才可能平衡.
3，直流电桥平衡条件是什么？交流电桥呢？
直流电桥平衡条件是同侧桥臂电阻对应成比例.即
3
124
R R R R ,i R 为对应电阻的阻值.是实数
.
则432
1Z Z Z Z ,
i
Z &为复数.在平衡时,等式左右模相等,复角相等. 4，测电感和电容时，为什么中保持两桥臂为纯电阻？ 答:这样简化了调节过程.更方便.
5， 损耗电阻与哪些因素有关？对电感和电容的Q 值有何影响？
答:因为2X
X
X
X
L fL Q R R
.所以看出,Q 与电感和电容的材料和组织结构有关。
大的Rx,小的x L 降低Q 值，使电路效率降低。