第三讲测量电桥的特性及应用
《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。
电桥的应用
电桥的应用电桥是一种常用的电气测量仪器，广泛应用于科学实验、工程技术和电子行业。
它可以用来测量电阻、电容和电感等电路元件的参数，也可以用于判断电路的稳定性和工作状态。
电桥的应用十分广泛，下面我们将从几个方面具体介绍电桥的应用。
电桥可以用来测量电阻。
电阻是电路中常见的元件，我们经常需要测量电路中的电阻值来确认电路的稳定性。
电桥通过平衡电路的方法来测量电阻值，具有高精度和稳定性。
在实验室中，电桥常用于测量材料的电阻率、导体的电阻以及电阻元件的参数。
在工程技术中，电桥可以用来检测电路中的接触电阻、线路的电阻以及电阻器的精度。
电桥可以用来测量电容。
电容是电路中的另一种常见元件，它可以存储电荷并对电流的变化具有快速的响应能力。
电桥可以通过测量电容元件的充放电时间来确定电容值，常用于测量电容器的参数以及电路中的电容效应。
在电子行业中，电桥可以用来检测电路中的电容损耗、电容器的泄漏以及电容器的等效串联电阻。
电桥还可以用来测量电感。
电感是电路中的另一种常用元件，它可以储存磁场能量并对电流的变化具有延迟作用。
电桥可以通过测量电感元件的自感和互感来确定电感值，常用于测量电感器的参数以及电路中的电感效应。
在科学实验中，电桥可以用来测量电感元件的品质因数、互感器的耦合系数以及电感元件的等效串联电阻。
除了以上的应用，电桥还可以用于判断电路的稳定性和工作状态。
通过调节电桥中的电阻箱或电容箱，使电桥达到平衡状态，可以判断电路中的元件是否工作正常。
如果电桥无法平衡，可能意味着电路中存在故障或元件损坏。
通过检测电桥的平衡状态，可以提前发现并解决电路中的问题，保证电路的正常工作。
电桥作为一种常用的电气测量仪器，具有广泛的应用领域。
它可以用来测量电阻、电容和电感等电路元件的参数，也可以用于判断电路的稳定性和工作状态。
电桥的应用不仅在科学实验中有重要作用，还在工程技术和电子行业中发挥着重要的作用。
通过电桥的应用，我们可以更加准确地了解电路的特性，为科学研究和工程设计提供有力的支持。
测量电桥
测量电桥
电桥的概念、优点和分类
直流电桥
交流电桥 本讲要点
Biomedical Sensors and measurements
电桥的概念
电桥是利用比较法进行电磁测量的一种测量电路， 它不仅可以测量很多电学量，如电阻、电容、电感等， 而且配合不同的传感器件，可以测量很多的非电学量， 如温度、压力等。电桥在物理测量和生理测量中都有广 泛的应用。 被 测 量
if R1 R1，....,R4 R4
等臂电桥
D
V 电桥的和、差特性：相邻边两桥臂电阻变 化各自引起的输出电压相减，相对边两桥 臂电阻变化各自引起的输出电压相加。
R1 R2 R3 R4
R1 R2 R4 R3 U V 4 R1
Biomedical Sensors and measurements
交流电桥
Biomedical Sensors and measurements
交流电桥平衡条件
Z1 Z 4 Z 2 Z3 U0 U s 0 ( Z1 Z 2 )( Z3 Z 4 )
电桥平衡的条件为：
ZZe
j
Z1 Z4 Z2 Z3 0
Z1 Z 3 Z2 Z4
V Su 2
U V
Su V
四臂差动电桥
Biomedical Sensors and measurements
说明：对于等臂电桥
差动电桥输出电压 U 由驱动电源电压V和桥臂 电阻的相对变化量 R1决定，而且呈正比关系，且输 出电压幅度双臂差动电桥是单臂电桥的2倍，四臂差 动电桥是单臂电桥的4倍。由电桥灵敏度公式可知， 要提高测量电桥的灵敏度，靠提高驱动电源电压（受 桥臂元件功耗限制）和增加变化的桥臂（受测量条件限制）即可 达到。
电桥原理与使用
电桥原理与使用电桥是一种用来测量电阻、电感和电容的仪器，它利用电流平衡原理来确定未知电阻值。
电桥广泛应用于科研实验室、工程技术领域以及教学实验中。
本文将介绍电桥的原理和使用方法，帮助读者更好地理解和掌握电桥的知识。
电桥原理。
电桥的基本原理是利用电流平衡条件，即在电桥平衡时，电桥两侧的电势差为零。
当电桥平衡时，可以根据电桥电路中各分支电阻的比例关系来计算未知电阻的数值。
电桥的平衡条件可以用下面的公式表示：R1/R2 = R3/R4。
其中，R1和R2是已知电阻，R3是未知电阻，R4是可变电阻。
通过调节可变电阻R4的阻值，使得电桥平衡，然后根据R1、R2和R4的数值，可以计算出未知电阻R3的数值。
电桥的使用。
电桥主要用于测量电阻、电感和电容。
在实际使用中，我们首先需要连接电桥电路，然后通过调节可变电阻R4，使得电桥平衡。
在调节过程中，可以通过连接示数仪或者示波器来监测电桥两侧的电势差，当电势差为零时，即可认为电桥平衡。
此时，我们可以根据已知电阻R1、R2和可变电阻R4的数值来计算未知电阻R3的数值。
除了测量电阻外，电桥还可以用于测量电感和电容。
在测量电感时，我们可以将未知电感与已知电感构成电桥电路，通过调节可变电阻R4来实现电桥平衡，然后根据已知电感和可变电阻的数值来计算未知电感的数值。
在测量电容时，同样可以利用电桥的平衡条件来测量未知电容的数值。
总结。
电桥作为一种重要的电工仪器，在科研实验和工程技术中有着广泛的应用。
通过本文的介绍，相信读者对电桥的原理和使用方法有了更清晰的认识。
掌握电桥的原理和使用方法，可以帮助我们更好地进行电阻、电感和电容的测量，为科研和工程实践提供有力的支持。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。
第三讲测量电桥的特性及应用
由于
R3
V R P RW R K R1t R P RW R K R2t ( 4 R R
R P RW R K R3t R P RW R K R4t V R K ) [4 ] R R 4 R
仪器读数为扭转引起的真实应变数的四倍。
R R
(4 )
R R
R
( )
R
二、 温度影响及补偿方法 （一）、温度影响
1．当环境温度变化 t 0C 时，由于敏感丝栅材料的电阻温度系数 丝 而产生的电阻相对变化为
R1t 丝 t R
0 2．当环境温度变化t C 时，由于敏感丝栅材料和被测构件材料的膨胀
系数不同应变片被迫拉长或缩短，而产生一定的附加应变，其值为
R2 RP RW RT R2t ? 利用此布片能否测量拉应变 R3 RP RW RT R3t 或弯曲应变，怎样接桥，应注 R4 RP RW RT R4t 意什么问题；
R4 B R1 A R4 D
R1
? 设计测量拉应变或弯曲应变 R1t R 2t R3t R 4t 时最简单 的布片和接桥。 所以
1
E 1 2 ( 1 1 ) E 1 1
T
仪
4
max 1
Ed 3 T max W P 1 16 (1 )
四、 组合变形时某种应变成份的测量
各桥臂应变片阻值变化为： M P T R3 R2
A
M T R2 C P
R1 RP RW RT R1t
对应的应变和应力为
Rt / R E t E t E 丝 t E ( 构 丝 )t K K
第3讲万用表、万能电桥的使用
【导入新课】介绍《实用电子技术》学习指导方案45分钟【新课教学过程】一、机械式万用表的使用【技术知识】MF-47（M500-2）型万用表面板说明（10分钟）播放万用表面板说明视频或在现场以万用表实物进行说明2、电表灵敏度（5分钟）电表灵敏度是表示仪表对微弱电信号作出反应程度的技术指标，驱动万用表测量机构偏的能量取自被测电路，若某仪表指针较大幅度地偏转而仅用了较小的信号能量，则说明该仪表的灵敏度相对较高。
万用表的灵敏度有直流电压灵敏度、交流电压灵敏度和表头灵敏度3个指标，其中直流电压灵敏度是主要指标，并以“Ω/V”标印在表盘上。
例如：（1）DC20KΩ/V：表示该表的直流电压灵敏度，即仪表在满偏情况下电流为1V/20KΩ=50uA；（2）DC250VUP9kΩ/V:表示该表的直流电压250V以上档位的灵敏度,满偏电流为1V/9 kΩ=111uA;（3）AC9kΩ/V:表示该表的交流电压灵敏度,满偏电流为111uA.电压表测量时,是与被测对象并联的,由于电压表存在内阻,这时相当于被测元件两端并联了一只电阻,使被没对象两端的总阻抗降低,从而使测得的电压值偏离了实际值,显然,万用表电压档位的内阻越高,测量精度越高。
例如:MF-47型万用表直流电压档的量程为1-10-50-250V,根据表盘DC20kΩ/V和DC250VUP9kΩ/V的标示,则可说明:1V量程时,仪表内阻为20kΩ;10V量程时,仪表内阻为200 kΩ;50V量程时,仪表内阻为1000 k Ω;250 V量程时,仪表内阻为20 kΩ*250=5000 kΩ。
由以上计算可知，电压表档位量程越高，内阻越大，测量精度越高。
3、机械式万用表的基本使用方法（5分钟）（结合实际测量任务进行演示）模拟万用表的使用应尊循以下步骤：第一步机械调零：水平旋转万用表，看表针是否在零位上，若未指在零（位左侧），则调节表盘上机械调零螺丝，使表针指准零位。
第二步正确选择插孔：红表笔应插入标有“＋”的插孔中，黑表笔插入“－”的插孔中，测量直流电压（或电流）时，红表笔应接被测电路的正极（或高电位端），黑表笔接负极（或低电位端）。
电桥法在测量中的应用
电桥法在实际测量中的应用摘要:随着电子产品渐渐盛行，在生活中的方方面面电子产品都成了不可替代的产品。
人们对电子产品的依赖也越来越深，但在一些领域对电子产品的紧密度也要求精益求精，在误差、不确定度等方面做的也有很大的改善。
在减小误差方面存在着各种测量方式。
本文站在前人的臂膀上，利用前人的理论和数据就电桥法在实际生活中的测量应用给大家系统介绍，让大家更加清晰了解电桥法的基本原理、使用方法、电桥法的数据处理。
文章主要围绕电桥法测电阻，测电容和电感，也介绍其它一些运用电桥法测量量。
在介绍这些电桥测量量中也通过一些经典实验如惠斯通电桥、开尔文电桥等···让大家直观系统的了解电桥法在实际测量中的应用。
关键字: 电桥法；数据处理；经典电桥实验原理Bridge method applied in the actualmeasurementAbstract：As electronic products gradually prevailed in all aspects of life electronic products have become an irreplaceable product. People are increasingly dependent on electronic products deep, but in some areas of electronic products also require the tightness of excellence, in terms of error, uncertainty, and so do also have greatly improved. There are various aspects to reduce the error in measurement. This paper predecessors arm standing on the use of previous theory and measurement data on the bridge in real life application system introduced to everyone, so that we more clearly understand the basic principles of bridge method, using methods bridge method data processing. The article centers around the bridge method to measure resistance, capacitance and inductance measurements, but also introduce some other method of measuring the amount of use of the bridge. Introducing the bridge by measuring the amount of these are also some of the classic experiments such as a Wheatstone bridge, Kelvin bridge and so on.Intuitive system allows everyone to understand the application of the bridge method in actual measurement.Keywords: bridge method; data processing; classic bridge Principle目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (I)第一章引言 (1)第二章常见电桥法的分类 (2)2.1电桥法介绍 (2)2.2直流电桥原理及应用 (2)2.2.1惠斯通电桥法 (3)2.2.2双臂电桥法（或开尔文电桥） (3)2.4直流电桥和交流电桥的电桥平衡分析及二者的区别 (6)2.4.1 直流电桥电桥平衡和原理分析 (6)2.4.2交流电桥平衡的分析 (6)第三章直流电桥法在实际生活中的实验 (8)3.1.1 惠斯通电桥在实际生活中的实验 (8)3.1.2惠斯通电桥 (9)3.1.3电桥的灵敏度 (10)3.1.4不确定度计算 (10)3.1.5惠斯通电桥的步骤和相关注意事项 (11)3.2开尔文电桥在实际生活中的应用 (12)3.2.1开尔文双电桥介绍 (12)3.2.2开尔文电桥和惠斯通电桥的比较 (12)3.2.3 开尔文电桥设计思想 (13)3.2.4 QJ19型单双电桥实验 (13)第四章交流电桥法在实际生活中的实验 (13)4.1电容电桥 (13)4.1.1电容电桥的热损耗 (19)4.1.2用电容电桥测量损耗较小的电容（串联电阻式） (19)4.1.3测量损耗大的电容电桥（并联式） (20)4.2电感电桥 (21)4.2.1利用电感电桥法测Q点 (21)4.2.2 测量高Q值电感的电感电桥 (22)4.2.3. 测量低Q值电感的电感电桥 (23)第五章其它几种常见电桥法在实际量中的实验 (24)5.1麦克斯韦电桥法 (24)5.2韦恩电桥法 (25)5.3海氏电桥法 (26)第六章电桥法总结与展望 (28)参考文献 (29)第一章引言在21世纪电子产品的快速发展，其中各种电子测量确保了这些电子产品的质的保障。
电桥特性及应用
当电桥中的可变元件调节到某一特定值时，桥路中的电流为 零，此时电桥的输入和输出电压相等，称为电桥的平衡状态 。在平衡状态下，可以测量电桥中各个元件的参数。
02 电桥的特性
电桥的灵敏度
总结词
电桥的灵敏度是指其输出电压或电流 随输入信号变化的能力。
详细描述
电桥的灵敏度越高，表示其输出变化 量与输入变化量的比值越大，即对输 入信号的响应越强烈。这有助于提高 测量精度和降低测量误差。
电感测量
同样地，电桥也可以用于测量电感器的电感值，通过比较不同电感器的感抗值，可以计 算出电感器的电感值。
测量非线性元件的特性
测量二极管特性
电桥可以用来测量二极管的特性，如正 向压降、反向电流等参数。
VS
测量晶体管特性
通过使用电桥测量晶体管的输入、输出阻 抗等参数，可以了解晶体管的工作状态和 性能。
微型化电桥
通过微纳制造技术，将电桥结构微型化，实现高精度、低功耗和便携式的测量。
电桥在物联网和人工智能领域的应用前景
物联网应用
利用电桥的高灵敏度和精确度，实现各种物理量的实时监测和远程传输，为物联 网应用提供可靠的数据来源。
人工智能应用
结合人工智能技术，利用电桥获取的大量数据，进行模式识别、预测分析和智能 控制等方面的应用。
详细描述
精确度越高，表示电桥测量结果的可靠性越高。影响电桥精确度的因素包括温度、湿度、噪声等环境 因素以及电桥本身的质量和性能。为提高精确度，应选择高品质的电桥并采取相应的校准和补偿措施 。
电桥的温度系数
总结词
电桥的温度系数是指电桥输出随温度变化的程度。
详细描述
温度系数越低，表示电桥受温度影响越小，稳定性越好。了解电桥的温度系数对于长期稳定性和高精度测量非常 重要。在实际应用中，应采取相应的温度补偿措施以减小温度对电桥测量的影响。
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E 200GPa
丝15106 / oC
丝 20106 / oC
构11106 / oC
K 2
200103 t 20106 1 200103 (1115) 106 1 2 1.2 (MPa)
（二） 、补偿方法
温度自补偿应变片法—— 通过对应变片的敏感栅材料和制造工艺上采取各种措施，使 K、
第三讲 测量电桥的特性及应用
§3-1 测量电桥的基本特性和温度补偿
一、 测量电桥的基本特性
u BD V K ( 1 2 3 4 ) 4
R1 A R4 D V B R2 C uBD R3
2．
相邻桥臂的电阻有大小相等、符号相反的变化， 或相对桥臂的电阻有大小相等、符号一致的变化， 则电桥的输出加倍，即电桥的灵敏度提高为原来的两倍。
对应的应变和应力为
Rt / R E t E t E 丝 t E ( 构 丝 )t K K
Rt / R E t E t E 丝 t E ( 构 丝 )t K K
例如：粘贴在钢试件上的康铜丝应变片，当温度变化1 0C
R R
(4 )
R R
R
( )
R
二、 温度影响及补偿方法 （一）、温度影响
1．当环境温度变化 t 0C 时，由于敏感丝栅材料的电阻温度系数 丝 而产生的电阻相对变化为
R1t 丝 t R
0 2．当环境温度变化t C 时，由于敏感丝栅材料和被测构件材料的膨胀
系数不同应变片被迫拉长或缩短，而产生一定的附加应变，其值为
第三讲 测量电桥的特性及应用
§3-1 测量电桥的基本特性和温度补偿
一、 测量电桥的基本特性
u BD V K ( 1 2 3 4 ) 4
R1 A R4 D V B R2 C uBD R3
1．
相邻桥臂的电阻有大小相等、符号一致的变化， 或相对桥臂的电阻有大小相等、符号相反的变化， 不影响电桥的输出。
附 构 t 丝 t
式中：
构 ——构件材料的线膨胀系数
丝 ——敏感丝栅材料的线膨胀系数
R1t 丝 t R
相应的电阻变化为
附 构 t 丝 t
R2t K ( 构 丝 )t R
温度变化产生的总相对电阻变化为
Rt 丝 t K ( 构 丝 )t R
第三讲 测量电桥的特性及应用
§3-1 测量电桥的基本特性和温度补偿
一、 测量电桥的基本特性
u BD V K ( 1 2 3 4 ) 4
R1 A R4 D V B R2 C uBD R3
3．
若相邻桥臂的电阻有大小相等、符号相反的变化， 而相对桥臂的电阻有大小相等、符号相同的变化， 则电桥的输出将增加三倍，即电桥的灵敏度提高为原来的四倍。
d
二、全桥接线法
B 对于等臂电桥 A 1、全桥测量 R1 R2 C D R3 B R1 2、对臂测量 A R4 D R2 C R3
d 1 2 3 4
R4பைடு நூலகம்
d (1) (3)
三、串联和并联式接线法
1、串联接线法 B R1 A R D R2 C R
R R
R
R
R R
R R
R
R R
R R
R
R
R
R
( )
R R
R
0
(2 )
R
( )
R R
R
R
R R
?
( )
R
R
(2 )
R R
R
R
R R
R R R R R
1 R1 1 K R1
1 1 R1 Rn 2 n 1 K nR n
结论：
1、桥臂的应变为各个应变计应变值的算术平均值； 2、当桥臂中串联的各个应变计的应变值相同时，桥臂的应变 就等于串联的单个应变计的应变值； 3、串联后的桥臂电阻增大，在限定电流下，可以提高供桥电 压，相应地使读数应变增大；
§3-3 测量电桥的应用
P R2
补偿块
B R1 A R D R2 C R
R1
P
方法：最简单的方法是半桥补偿块补偿 缺点：不能消除偏心弯矩引起的附加应变 以下介绍另两种方法：
一、半桥四片补偿块补偿法测拉（压）
P e P P M=Pe P M=Pe
P M=Pe R 1 R2
R1
P M=Pe R1 A
丝 、 构 、 丝 几个系数互相配合，当应变片在一定的温度范围
内时，使 Rt 0 。 常用于中、高温下的应变测量。 桥路补偿法—— 1．补偿块法 2．工作片法
工作片
B
补偿片
R1 C uBD R3 R1 R2 R2
补偿块
A R4
R1 R2 D V
2 1
灵敏度提高一倍 注：应变片灵敏系数相同、 粘贴工艺相同、材料相同
§3-2 电阻应变计在电桥中的接线方法
目的：
1、 实现温度补偿 2、从复杂变形量中测出所需求的某一应变分量 3、增大应变仪的读数，减少读数误差
一、半桥接线法
对于等臂电桥 A 1、半桥测量 R1
B R2 C D R3 R1 A R4 D B R2 C R3
d 1 2
2、单臂测量
R4
2、并联接线法
R R1 n
R1
1
R1 A R
1 R1 1 K R1
结论：
1 1 R1 Rn 1 1 1 Rn 1 R1 R K n
1
B R2 C D R
1、当同一桥臂中所有应变计的电阻改变量都相同时，桥臂应 变为； 桥臂的应变就等于单个应变计的应变值； 2、并联后的桥臂电阻减小，在通过应变计的电流不超过最大 工作电流的条件下，电桥的输出电流可以相应地提高n倍。
R1 B R2
R2 C D R
补偿块
R2
补偿片：
R
工作片：
R1 R PRWR 1t
R 2 R 2 t R2 R2 t