一文看懂非平衡电桥和平衡电桥的区别
一文看懂非平衡电桥和平衡电桥的区别
电桥一般分线式电桥和箱式电桥，其原理基本上是一样的，就是一组接有好多电阻和电表的电路图，当线路某两个特定的接点的电势相等时，就称其平衡电桥，常用它来精确地测电阻。有平衡电桥与不平衡电桥两种。
什么是非平衡电桥在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。
非平衡电桥的桥路形式1、等臂电桥
电桥的四个桥臂阻值相等，即R1=R2=R3=RX0；其中RX0是RX的初始值，这时电桥处于平衡状态，U0=0。
2、卧式电桥也称输出对称电桥
这时电桥的桥臂电阻对称于输出端，即R1= R3，R2= RX0，但R1≠R2
3、立式电桥也称电源对称电桥
这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称相等即
4、比例电桥
这时桥臂电阻成一定的比例关系，即R1=KR2，R3=KRX0或R1=K R3，R2=K RX0，K为比例系数。实际上这是一般形式的非平衡电桥。
非平衡电桥的输出非平衡电桥的输出接负载大小分类又可分为两种。一种是负载阻抗相对于桥臂电阻很大，如输入阻抗很高的数字电压表或输入阻抗很大的运算放大电路；另一种是负载阻抗较小，和桥臂电阻相比拟。后一种由于非平衡电桥需输出一定的功率，故又称为功率电桥。
根据戴维南定理，图1所示的桥路可等效为图2（a）所示的二端口网络。
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
非平衡直流电桥的原理和应用 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）。它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。【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（惠斯登电桥）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及非平衡电桥功率输出法测电阻； 4．单臂电桥采用“三端”法测量电阻的意义。 【实验仪器】 1. FQJ型教学用非平衡直流电桥； 2. FQJ非平衡电桥加热实验装置。 【实验原理】
FQJ 型教学用非平衡直流电桥包括单臂直流电桥，非平衡直流电桥，上节我们已经对单臂电 桥有所了解，下面对非平衡电桥的工作原理进行介绍。 图1 非平衡电桥原理图 1．非平衡电桥桥路输出电压 非平衡电桥原理如图1所示，当负载电阻g R →∞ ，即电桥输出处于开路状态时，g 0I = ，仅有电压输出,并用0U 表示，根据分压原理，ABC 半桥的电压降为S U ，通过14, R R 两臂的电流为： S 1414 U I I R R ==+ （1） 则4 R 上之电压降为： 4BC S 14R U U R R =?+ （2） 同理 3R 上的电压降为： 3DC S 23R U U R R =?+ （3） 输出电压0U 为BC U 与DC U 之差
实验9 非平衡电桥特性测定
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R 1,R 2,R 3,R 4四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U s （也称工作电压）；在另两个相对结点B 、D 上将有电压U o （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U s 时,电桥没有输出电压U o （U o =0），这时称电桥为平衡电 桥；反之，为非平衡电桥（U o ≠0）。即可得 S B U R R R U 212+= ， S D U R R R U 4 33+= ， 而桥路输出电压D B O U U U -=，将上两式代入得：S S O KU U R R R R R R R R U =++-= ) )((43213142。 当式中的比例常数K 为 （1）0=K （3142R R R R =）时，0=O U ，这种情况是平衡电桥。 （2）0
非平衡电桥的应用
实验七 非平衡电桥的应用 非平衡电桥往往和一些传感元件配合使用．某些传感元件受外界环境（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流输出，从而达到观察、测量和控制环境变化的目的． 本实验所用到的传感元件有：铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻和光敏电阻等，它们的阻值会随着温度或光强的变化而变化． 【实验目的】 1．学习非平衡电桥的工作原理； 2．学习和掌握非平衡电桥的应用； 3．学习一些传感器的工作原理和不同的测量电路． 【实验原理】 1．非平衡电桥的工作原理 如图1所示，在惠斯顿电桥中：E 为稳压电源，R 1和R 2为固定电阻，R P 为可变电阻，R x 为电阻型传感器，U out 为电桥输出电压．当 U out = 0时，电桥处于平衡状态，此时有 （1） x P R R R R 21=当 U out ≠ 0时，电桥处于不平衡状态，则有 ）（）2121(R R R R R R R R E U p x x P out +×+?×= （2） 在一定条件下，调整电桥达到平衡状态．由（1）式可见，此时电桥的平衡状态与电源无关；当外界条件改变时，传感器的阻值R x 会有相应的变化，这时电桥平衡被破坏，桥路两端的电压U out 也随之而变，由于桥路的输出电压U out 能反映出桥臂电阻的微小变化，因此通过测量输出电压即可以检测外界条件的变化．这种在非平衡条件下工作的电桥称为非平衡电桥，电桥的二线制接线电路
这样的测量方法为非电量电测法． 2．测量电路介绍 如采用电阻式传感器作为被测对象，传感元件的引出线有以下几种方式：二线制、三线制和四线制．采用二线制接法（图1），虽然导线电阻会给测量带来影响，但在测量精度要求不高、测量仪器与被测传感元件距离较近时，常采用二线制．但如果金属电阻本身的阻值很小，那末引线的电阻及其变化也就不能忽视，例如对于Pt100铂电阻，若导线电阻为1 Ω，将会产生2.5 ℃的测量误差．为了消除或减少引线电阻的影响，通常的办法是采用三线联接法加以处理，如图2所示．工业热电阻目前大多采用的都是三线制接法． 在三线制接线电路中，传感元件的一端与一根导线相接，另一端同时接两根导线．传感元件在与电桥配合时，与传感元件相接的三根导线粗细要相同，长度要相等，阻值要一 致（图中r 1，r 2，r 3即为引线电阻） ．其中一根引线与测量仪表连接，由于测量仪表的内阻很大，可认为流过r 2的电流接近于零．另两根引线分别与电桥的两个相邻臂相连，这样引线电阻对测量就不会造成影响． 为了高精度的测量，可将电阻测量仪设计成图3所示的四线制测量电路．图中I 为恒流源，r 1 、r 2、r 3 、r 4是引线电阻，R x 为电阻型传感器，V 为电压表．因为电压表内阻很大，则 ，且 M V I I <<0≈V I 因为U M = U x + I V （r 2 + r 3），所以 M M V M V M x x x I U I I r r I U I U R ≈?+?==)(32 （3） 由此可见，引线电阻将不引入测量误差． 【实验仪器】 实验接线板，控温仪，稳压源，恒流源，数字万用表，Zx21型旋转式电阻箱，传感元件（铂电阻，铜电阻，热敏电阻和光敏电阻），保温瓶，100 Ω/5 W 可变电阻器和精密电阻等． 1．控温仪：0 ～ 200±1 ℃，测量精度0.1 ℃． 2．恒流源：当负载电阻在一定范围内变化时，输出电流保持不变，电流稳定度为1%． 3．稳压源：电压变化范围为0～15 V ． 4．铂电阻：本实验选用Pt100，它被广泛用来测量－200 ～ 850 ℃范围的温度．它具有准确度高、灵敏度高、稳定性好等优点．在0～100 ℃范围内近似有R t = R 0 (1 + A t )，其中A 为正温度系数，约为3.85×10-3 ℃-1，R 0为0 ℃时铂电阻的阻值，允许通过的最大电流 I m ＜ 2.5 mA ． 5．铜电阻：－50 ～ 150 ℃的范围内有R t = R 0（1 + A t + B t 2 + C t 3），R 0为0 ℃时铜电阻的阻值，A = 4.28899×10-3 ℃-1，B = －2.133×10-7 ℃-2，C = 1.233×10-9 ℃-3．在0～100 ℃范围内近似有R t = R 0 (1 + A t )，允许通过的最大电流I m ＜4 mA ． - 42 -
电阻温度计与不平衡电桥(指导书)
上海电力学院 物理实验指导书 所属课程：大学物理实验 实验名称：电阻温度计与不平衡电桥面向专业：电力、热动、信控 实验室名称：物理实验室 2006年5 月
一、实验目的： 1、掌握电阻温度计测量温度的基本原理和方法。 2、学习采用不平衡电桥测非电量的标定方法。 二、实验仪器、设备： 三、实验原理： 所有化学纯金属的电阻都和温度有着确定的函数关系，随着温度的升高而增大。对于像铜这样的导体Rt＝R0(1＋At＋Bt2＋Ct3)，Rt是与温度相关的电阻，其中B，C均较小可忽略不计，故ΔRt＝R0AΔt．（A也较小） 我国生产的铜电阻在-50℃～150℃温度范围的电阻值与温度的对应关系为：
C D 10V 对于铜电阻，当温度从0℃ 升高到100℃时，其电阻值从53.0Ω增大到75.5Ω。反之，当铜电阻分别呈现这样的电阻值时，即意味着其处于相应的温度下。 四、实验步骤： 1、 定标：连接电路，电桥的放大倍数取1（R A 、R B 都取53欧姆），标准电 阻R （电阻箱）取53.0Ω，用电阻箱代替铜电阻取53欧姆（相当于铜电阻0℃）这时电桥平衡G=0。然后调节代替铜电阻的电阻箱取75.5欧姆（相当于处在100℃环境时铜电阻），调节电源电压大小使G=100μA 。 2、 用铜电阻换下75.5Ω电阻箱，将铜电阻探头放入杯子内，同时放入玻璃温度计，给杯子内倒入开水（不要全部淹没铜电阻探头）从80℃开始每隔5℃同时记下玻璃温度计和微安（μA ）表的读数。 3、 检验：用标定好的电阻温度计分别测量不同温度的水温，同时与水银温度计测量的温度比较，数据填入表格。
五、数据记录： t-----电阻温度计读数（实际上t就是微安表上的读数） T----水银温度计读数 六、实验结果分析： 从实验数据可以看到，第一个温度值只能测到74℃，是因为水温下降太快，很难抓到75℃时的数据，即使是74℃测得的数据也误差较大，这是因为外界的因素。在以后的数据中，铜电阻测得的温度比水银温度计测得的总是高2℃左右的样子，这是因为铜电阻探头的导热性比水银温度计差的原因造成的。 七、思考题： 1、为什么可以用纯金属作成温度计？ 2、电阻温度计是怎样标定的
实验报告电桥测电阻实验报告
实验题目： 惠斯通电桥测电阻 实验目的： 1．了解电桥测电阻的原理和特点。 2．学会用自组电桥和箱式电桥测电阻的方法。 3．测出若干个未知电阻的阻值。 实验仪器 实验原理： 1．桥式电路的基本结构。 电桥的构成包括四个桥臂（比例臂R 2和R 3，比较臂R 4，待测臂R x ），“桥”——平衡指示器（检流计）G 和工作电源E 。在自组电桥线路中还联接有电桥灵敏度调节器R G （滑线变阻器）。 2．电桥平衡的条件。 惠斯通电桥(如图1所示)由四个“桥臂”电阻（R 2、R 3、R 4、和R x ）、一个“桥”（b 、d 间所接的灵敏电流计）和一个电源E 组成。b 、d 间接有灵敏电流计G 。当b 、d 两点电位相等时，灵敏电流计G 中无电流流过，指针不偏转，此时电桥平衡。所以，电桥平衡的条件是：b 、d 两点电位相等。此时有 U ab =U ad ，U bc =U dc ， 由于平衡时0=g I ，所以b 、d 间相当于断路，故有 I 4=I 3 I x =I 2 所以 44R I R I x x = 2233R I R I = 可得 x R R R R 324= 或 43 2R R R R x = 一般把 K R R =3 2 称为“倍率”或“比率”，于是 R x =KR 4 要使电桥平衡，一般固定比率K ，调节R 4使电桥达到平衡。 3．自组电桥不等臂误差的消除。 实验中自组电桥的比例臂（R 2和R 3）电阻并非标准电阻，存在较大误差。当取K=1时，实际上R 2与R 3不完全相等，存在较大的不等臂误差，为消除该系统误差，实验可采用交换测量法进行。先按原线路进行测量得到一个R 4值，然后将R 2与R 3的位置互相交换（也可将R x 与R 4的位置交换），按同样方法再测一次得到一个R ’4值，两次测量，电桥平衡后分别 R 2 R x B C
直流电桥实验报告要点
清 华 大 学 实 验 报 告 系别：机械工程系 班号：72班 姓名：车德梦 （同组姓名： ） 作实验日期 2008年 11月 5日 教师评定： 实验3.3 直流电桥测电阻 一、实验目的 （1）了解单电桥测电阻的原理，初步掌握直流单电桥的使用方法； （2）单电桥测量铜丝的电阻温度系数，学习用作图法和直线拟合法处理数据； （3）了解双电桥测量低电阻的原理，初步掌握双电桥的使用方法。 （4）数字温度计的组装方法及其原理。 二、实验原理 1. 惠斯通电桥测电阻 惠斯通电桥（单电桥）是最常用的直流电桥，如图是它的电路原理图。 图中1R 、2R 和R 是已知阻值的标准电阻，它们和被测电阻x R 连成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂。对角A 和C 之间接电源E ；对角B 和D 之间接有检流计G ，它像桥一样。若调节R 使检流计中电流为零，桥两端的B 点和D 点点位相等，电桥达到平衡，这时可得 x R I R I 21=， 1122I R I R = 两式相除可得 R R R R x 1 2 = 只要检流计足够灵敏，等式就能相当好地成立，被测电阻值x R 可以仅从三个标准电阻
的值来求得，而与电源电压无关。这一过程相当于把x R 和标准电阻相比较，因而测量的准确度较高。 单电桥的实际线路如图所示： 将2R 和1R 做成比值为C 的比率臂，则被测电阻为 CR R x = 其中12R R C =，共分7个档，0.001～1000，R 为测量臂，由4个十进位的电阻盘组 成。图中电阻单位为Ω。 2. 铜丝电阻温度系数 任何物体的电阻都与温度有关，多数金属的电阻随文的升高而增大，有如下关系式： )1(0t R R R t α+= 式中t R 、0R 分别是t 、0℃时金属丝的电阻值；R α是电阻温度系数，单位是（℃-1 ）。严格 地说，R α一般与温度有关，但对本实验所用的纯铜丝材料来说，在-50℃～100℃的范围内R α的变化很小，可当作常数，即t R 与t 呈线性关系。于是 t R R R t R 00 -= α 利用金属电阻随温度变化的性质，可制成电阻温度计来测温。例如铂电阻温度及不仅准确度高、稳定性好，而且从-263℃～1100℃都能使用。铜电阻温度计在-50℃～100℃范围内因其线性好，应用也较广泛。 3. 双电桥测低电阻 用下图所示的单电桥测电阻时，被测臂上引线1l 、2l 和接触点1X 、2X 等处都有一定
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R １、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）,A Ｃ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B Ｄ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 34 R 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R1R ４=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 ) --=++114422330AC 11223344(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 ????=--++
实验报告-非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数
大学物理实验报告 实验5-2 非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数 一、实验目的 用非平衡电桥研究热敏电阻特性，并求出具体热敏电阻的特性参数和温度系数 二、实验器材 热敏电阻、数字万用表、ZX-21型电阻箱、滑线变阻器、固定电阻器、水浴锅、温度计、直流稳压电源等。 三、实验原理 （1）在电桥平衡时，桥路中的电流Ig=0（如图），桥臂电阻之间存在如下关系： R1/R2=Rx/R3 如果被测电阻的阻值Rx 发生改变而其他参数不变，将导致Ig ≠0，Ig 是Rx 的函数.因此，可以通过Ig 的大小来反映Rx 的变化。这种电桥称为非平衡电桥，它在温度计、应变片、 固体压力计等的测量电路中有广泛应用. （2）热敏电阻是用半导体材料制成的非线性电阻，其特点是电阻对温度变化非常灵敏.与绝大多数金属电阻率随温度升高二缓慢增大的情况完全不同，半导体热敏电阻随温度升高，电阻率很快减少.在一定温度范围内，热敏电阻的阻值Rt 可表示为： Rt=aexp(b/T) 式中T 为热力学温度,a 、b 为常量，其值与材料性质有关. 热敏电阻的电阻温度系数α定义为： 2d T b RtdT Rt -== α
四、实验步骤 （1）热敏温度计定标：①如图连接线路（接线时不要打开电源），其中Rx 为热敏电阻，R3为试验中给出的总阻值为1750Ω的滑动变阻器.将Rx置于水浴锅中，注意不能接触水浴锅的壁和底.②调节R1为1000Ω，R2为100Ω，R3大约处在1500Ω的位置，打开直流稳压电源，调节电源电压为2V，数字万用表置于2mA档(先不要打开水浴锅电源）。③从Ig=0时开始测量。调节Ig=0后，先将水浴锅设于“测温”，再打开水浴锅电源，马上记录下此时温度显示值t。④将水浴锅设于"设定",旋转"温度设定"旋钮至90℃ ,水浴锅开始对热敏电阻加 热。记录10组不同温度t下的Ig,每隔5℃测一次,得到热敏电阻的定标曲线 t-Ig。 （2）利用已记录的Ig,把热敏电阻换成电阻箱,通过调节电阻箱的阻值,使数字万用表显示相应的Ig,从而测出对应的Rt,得到Rt-t曲线,并根据数据组 （Rt，T）,对Rt=aexp(b/T)进行变量变换,变成表达式Y=A+BX形式,利用最小二乘法拟合得到具体热敏电阻的特性参数a、b。 （3）由求得的B，计算相应温度下的热敏电阻的温度系数。
非平衡电桥实验报告模板
实验时间：2019年月日，第批 签到序号：【进入实验室后填写】 福州大学 【实验四】非平衡电桥 （306实验室） 学院 班级 学号 姓名 实验前必须完成【实验预习部分】 登录下载预习资料 携带学生证提前10分钟进实验室
【实验目的】 【实验仪器】(名称、规格或型号) 【实验原理】（文字叙述、主要公式、原理图）
【实验内容和步骤】
实验预习部分 观察非平衡电桥的输出特性： 按照上图接线，电源电压调节到约3V，接通电路，从小到大调节 R，观察对应的输出电压。 X 二、测量非平衡电桥零点附近输出特性，并计算零点灵敏度 1、判断电桥是否平衡时数字多用表使用（直流/交流）电压（最大/最小）档，当输出电压为时电阻箱取值为 R。 X 2、在 R附近选择不同的阻值，测量相应的输出电压，作出非平0 X 衡电桥的曲线，用图解法求出零点灵敏度，并与理论计算值相比较。为了作图方便，应取整数值。
数据记录与处理 一、非平衡电桥电压输出特性： 标称值R 1= ，R 2= ，R 3= ， 电桥比率2 3 R K R = = 测得E = ，电桥平衡时R X0= ，02 (1) K S E K = +理论值= 二、非平衡电桥电压输出特性： 标称值R 1= ，R 2= ，R 3= ， 电桥比率2 3 R K R == 测得E = ， 电桥平衡时R X0=
在直线（一）上取两点： A点坐标（，）B点坐标（，）斜率k= 实测零点灵敏度S0=k R X0K= 思考题： 1.电桥的K越（大/小），非线性误差越小。 2.图解求得的直线斜率k与电桥比率K是同一个物理量吗？答：。 实验预习及操作成绩实验指导教师签字日期 实验报告成绩报告批阅教师签字日期
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 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）。它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。 【实验目的】 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本实验采用下内容： 1．直流单臂电桥（惠斯登电桥）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及非平衡电桥功率输出法测电阻； 4．单臂电桥采用“三端”法测量电阻的意义。 【实验仪器】 FQJ型教学用非平衡直流电桥；1. FQJ非平衡电桥加热实验装置。2. 【实验原理】 FQJ型教学用非平衡直流电桥包括单臂直流电桥，非平衡直流电桥，上节我们已经对单臂电桥有所了解，下面对非平衡电桥的工作原理进行介绍。 图1 非平衡电桥原理图 1．非平衡电桥桥路输出电压 R??，所示，当负载电阻非平衡电桥原理如图1g 0?I并即电桥输出处于开路状态时，,，仅有电压输出g U ABC为压压，用表示根据分原降半桥的理，电0UR R,电流为：，通过两臂的S41U S?II?41R?R）1（41R则上之电压降为：4． R4??UU（2）SBC R?R41R上的电压降为：同理3R3??UU（3）SDC R?R 32UUU之差为输出电压与DCBC0RR34U?UU?U?U?SS0BCDC R?RR?R3412 ????S RR?R?R3142RR?RRU?0，即电桥处（4）)?RR(RR3421U ? 于平衡状态。当满足条件时，电桥输出43210（5）式就称为电桥的平衡条件。为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平R, RRR, RR?。若关电阻变化有臂这样可使输出只固定，与为待测电阻某一，则当衡。1423x4R?R??R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为：
实验二 用非平衡电桥测铂电阻的温度系数
实验二 用非平衡电桥测铂电阻的温度系数 直流电桥是很重要的电磁学基本测量仪器之一，如利用电桥平衡的原理精确测电阻。而随着测量技术的发展，电桥的应用面不再局限于平衡电桥的范围，非平衡电桥在非电量的测量中已得到广泛应用。将各种电阻型传感器接入电桥回路，桥路的非平衡电压就能反映出桥臂电阻的微小变化，因此，通过测量非平衡电压就可以检测出外界物理量的变化，例如温度、压力、湿度等。 本实验要求用非平衡电桥和铂电阻温度传感器组成测温电路，测定铂电阻的温度系数。 [实验目的] 1. 了解铂电阻温度传感器的温度特性； 2. 掌握非平衡电桥的原理和测量方法； 3. 理解非平衡电桥将非电量（实验中是温度）转换为电量进行测量的原理。 [实验仪器] 铂电阻传感器，直流稳压电源，直流电桥，检流计，数字万用电表，数字温度计，电热杯，保温杯，导线，开关。 [实验原理] 传感器在现实生活中的应用越来越广泛，常用的有力敏传感器、气敏传感器、温度传感器等。铂电阻是一种常用的热电式传感器，它利用铂电阻随温度变化而变化的特性，将温度大小转换为电阻大小，从而达到测量温度的目的。 1. 铂电阻温度传感器的温度特性 铂电阻温度系数大而稳定，电阻率高，且物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，常用作工业测温元件和测温标准。工业用铂电阻（Pt10、Pt100）广泛用来测量-200~850℃范围的温度。在0~100℃范围内，电阻和温度之间关系近似呈如下线性关系： )1(0AT R R T += （1） 式中A 为温度系数，约为3.85×10-3℃-1 。 2. 用非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 平衡电桥可以准确测量电阻。如果将平衡电桥电路中的待测电阻换成一个电阻型传感器。先调节电桥平衡，当外界条件改变时，传感器阻值会发生相应变化，使电桥失去平衡，桥路两端的电压随之而变。由于桥路的非平衡电压能反映出桥臂电阻的微小变化，因此可以通过测量非平衡电压检测外界物理量的变化。 使用非平衡电桥测量铂电阻温度系数的电路如图1所示。1R 、2R 为固定电阻，组成比例电阻；P R 为可调电阻，用作平衡电阻；T R 为铂电阻；out U 为非平衡电桥的输出电压。
非平衡电桥实验报告
非平衡电桥的应用 实验目的： 1.学习非平衡电桥的工作原理； 2.学习和掌握非平衡电桥的应用； 3.学习一些传感器的工作原理和不同的测量电路． 实验原理： 1．非平衡电桥的工作原理 如图1所示，在惠斯顿电桥中：错误！未找到引用源。为稳压电源，错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。为固定电阻，错误！未找到引用源。为可变电阻，错误！未找到引用源。为电阻型传感器，错误！未找到引用源。为电桥输出电压．当错误！未找到引用源。时，电桥处于平衡状态，此时有 错误！未找到引用源。(1) 当错误！未找到引用源。时，电桥处于不平衡状态，则有 在一定条件下，调整电桥达到平衡状态．由(1)式可见，此时电桥的平衡状态与电源无关；当外界条件改变时，传感器的阻值错误！未找到引用源。会有相应的变化，这时电桥平衡被破坏，桥路两端的电压错误！未找到引用源。也随之而变，由 于桥路的输出电压错误！未找到引用源。能反映出桥臂电阻的微小变化，因此通过测量输出电压即可以检测外界条件的变化．这种在非平衡条件下工作的电桥称为非平衡电桥，这样的测量方法为非电量电测法． 2．测量电路介绍 如采用电阻式传感器作为被测对象，传感元件的引出线有以下几种方式：二线制、三线制和四线制．采用二线制接法（图1），虽然导线电阻会给测量带来影响，但在测量精度要求不高、测量仪器与被测传感元件距离较近时，常采用二线制．但如果金属电阻本身的阻值很小，
那末引线的电阻及其变化也就不能忽视，例如对于Pt100铂电阻，若导线电阻为1 Ω，将会产生2.5 ℃的测量误差．为了消除或减少引线电阻的影响，通常的办法是采用三线联接法加以处理，如图2所示．工业热电阻目前大多采用的都是三线制接法． 在三线制接线电路中，传感元件的一端与一根导线相接，另一端同时接两根导线．传感元件在与电桥配合时，与传感元件相接的三根导线粗细要相同，长度要相等，阻值要一致（图中r1，r2，r3即为引线电阻）．其中一根引线与测量仪表连接，由于测量仪表的内阻很大，可认为流过r2的电流接近于零．另两根引线分别与电桥的两个相邻臂相连，这样引线电阻对测量就不会造成影响． 数据处理 原始数据： 1．
交流电桥的原理和应用
交流电桥的原理和应用 交流电桥是一种比较式仪器，在电测技术中占有重要地位。它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。习惯上一般称阻抗比电桥为交流电桥。本实验中交流电桥指的是阻抗比电桥。交流电桥的线路虽然和直流单电桥线路具有同样的结构形式，但因为它的四个臂是阻抗，所以它的平衡条件、线路的组成以及实现平衡的调整过程都比直流电桥复杂。 【交流电桥的原理】 图1是交流电桥的原理线路。它与直流单电桥原理相似。在交流电桥中，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；电桥的电源通常是正弦交流电源；交流平衡指示仪的种类很多，适用于不同频率范围。频率为200Hz 以下时可采用谐振式检流计；音频范围内可采用耳机作为平衡指示器；音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器；也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪，有足够的灵敏度。指示器指零时，电桥达到平衡。 图1 交流电桥原理 一、交流电桥的平衡条件 我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中，四个桥臂由阻抗元件组成，在电桥的一个对角线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（即I 0=0），cd 两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有 U ac =U ad U cb =U db 即 I 1Z 1=I 4Z 4 I 2Z 2=I 3Z 3 两式相除有 3 34 4221Z I Z I Z I Z I 1 当电桥平衡时，I 0=0，由此可得 I 1=I 2，I 3=I 4 所以 Z 1Z 3=Z 2Z 4 （1） 上式就是交流电桥的平衡条件，它说明：当交流电桥达到平衡时，相对桥臂的阻抗的乘
104,105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，而在实际工程中和科学实验中，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 3 4 21R R R R = （4.4.1） 图4.4.1 惠斯通电桥
如果R 4为待测电阻R X ，R 3为标准比较电阻，则有 1 332 X R R R K R R = ?=? （4.4.2） 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。 2.非平衡电桥 非平衡电桥原理如图4.4.2所示：B 、D 之间为一负载电阻g R ，只要测量电桥输出g U 、g I ，就可得到x R 值。根据电桥各臂电阻关系可将非平衡电桥分为三类： （1）等臂电桥：4321R R R R ===； （2）输出对称电桥（卧式电桥）：R R R ==41， R R R '==32，且R R '≠； （3）电源对称电桥（立式电桥）：R R R '==21，R R R ==43，且R R '≠。 当负载电阻∞→g R ，即电桥输出处于开路状态时，0=g I ，仅有电压输出，在此用 0U 表示，根据分压原理，ABC 半桥的电压降为S U ，通过1R 、4R 两臂及2R 、3R 两臂的 电流为： 14231423,S S U U I I I I R R R R == ==++， （4.4.3） 则输出电压0U 为 ()()324134 014231423()BC DC S S S R R R R R R U U U U U U R R R R R R R R ?-?=-= ?-?=?+++?+ （4.4.4） 当满足条件 1324R R R R ?=? （4.4.5） 时，电桥输出00=U ，即电桥处于平衡状态。（4.4.5）式称为电桥的平衡条件。为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平衡。这样可使输出只与某一臂 电阻变化有关。 图4.4.2 非平衡电桥
大学物理实验直流非平衡电桥讲义
直流非平衡电桥(实验讲义) 2012 年 09 月 08 日 直流电桥是一种精密的非电量测量仪器，有着广泛的应用。它的基本原理是利用已知阻值 的电阻，通过比例运算，求出一个或几个未知电阻的阻值。直流电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥需要通过调节电桥平衡求得待测电阻阻值，如惠斯登电桥、开尔文电桥均是平衡式电桥。 平衡电桥可用来测定未知电阻，由于需要调节平衡，因此平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，比如固定电阻的阻值。而对变化电阻的测量有一定的困难。如果采用直流非平衡电桥，则能对变化的电阻进行动态测量，直流非平衡电桥输出的非平衡电压能反映电阻的变化，在实际应用中许多被测物理量都与电阻有关，如力敏电阻、热敏电阻、光敏电阻等，只要将这些特殊的电阻装在电桥的一个桥臂上，当某些被测量发生变化时，就引起电阻值的变化，从而输出对应的非平衡电压，就能间接测出被测量的变化。利用这种原理我们可制作电子天平、电子温度计、光通量计等。因此直流非平衡电桥与平衡电桥相比，有着更为广泛的应用。 实验目的 （1） 了解非平衡电桥的组成和工作原理以及它在实际中的应用。 （2） 学会用外接电阻箱研究非平衡电桥的输出电压与应变电阻的关系，通过作图研究其线性规律。 （3） 了解桥臂电阻大小对待测电阻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。 实验仪器 图 1：非平衡电桥电路图 稳压电源、电阻箱、万用表（用作毫伏表）、Keithy2000（用作微伏特表）、铜丝（漆包线）、加热台、温度计、导线等。 实验原理 非平衡电桥原理如图 1 所示，当 R 3/R 2=R 4/R 1 时，电桥平衡，即：I g =0，U g =0；当用 R 4+ΔR 代替R 4 时，R 3/R 2 不等于R 4+ΔR/R 1，此时，I g 不等于 0，U g 不等于 0，为非平衡状态。 U g 为数字电压表电压（电压表内阻为无穷大），应用电路分析知识，可算出输出的非衡 电压为：U = R 2 R 4 + R 2?R - R 1R 3 U (1) g (R + R )(R + R ) + ?R (R + R ) s 1 4 2 3 2 3 分析上式，可以得到电桥的三种形式：（1）等臂电桥：R 1=R 2=R 3=R 4=R （2） 卧式电桥：R 1=R 4，R 2=R 3 （3） 立式电桥：R 1=R 2，R 4=R 3 将等臂和卧式条件带入（1）式经简化得： U = U s δ 1 ...... (2) δ = ?R / R 称为电阻的应变（即：相对变化量） g 4 1+ δ / 2 4 我们在设计电桥时，令?R ，则 δ → 0 ，于是有：U = U s δ = U s ?R 4 4R 4 ...... (3) 输出的非平衡电压 U g 与桥臂电阻的变化量δ成正比，为线性关系；当 ΔR 较大时，（2）式中 的 δ/2 项不能省略，此时：U = U s δ 1 ，δ 与 U g 之间呈非线性关系。 g
非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数实验报告
一、名称:非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数二、目的: 1、掌握非平衡电桥的工作原理。 2、了解金属导体的电阻随温度变化的规律。 3、了解热敏电阻的电阻值与温度的关系。 4、学习用非平衡电桥测定电阻温度系数的方法。 三、仪器: 1、热敏电阻。 2、数字万用表。 3、ZX-21型电阻箱。 4、滑线变阻器。 5、固定电阻器。 6、水浴锅。 7、温度计。 8、直流稳压电源等。 四、原理:
热敏电阻由半导体材料制成,是一种敏感元件。其特点是在一定的温度范围内,它的电阻率T ρ随温度T 的变化而显著地变化,因而能直接将温度的变化转换为电量的变化。一般半导体热敏电阻随温度升高电阻率下降,称为负温度系数热敏电阻(简称“NTC ”元件,其电阻率T ρ随热力学温度T 的关系为T B T e A /0=ρ…(5,式中0A 与B 为常数,由材料的物理性质决定。 也有些半导体热敏电阻,例如钛酸钡掺入微量稀土元素,采用陶瓷制造工艺烧结而成的热敏电阻在温度升高到某特定范围(居里点时,电阻率会急剧上升,称为正温度系数热敏电阻(简称“PTC ”元件。其电阻率的温度特性为: T B T e A ?'=ρρ…(6,式中A '、ρ B 为常数,由材料物理性质决定。 在本实验中我们使用的是负温度系数的热敏电阻。对于截面均匀的“NTC ”元件,阻值T R 由下式表示: T B T T e S l A S l R /0==ρ (7 ,式中l 为热敏电阻两极间的距离,S 为热敏电阻横截面积。令S l A A 0
=,则有: T B T Ae R /=…(8,上式说明负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高按指数规律下降,如图2所示,可见其对温度的敏感程度比金属电阻等其它感温元件要高得多。由于具有上述性质,热敏电阻被广泛应用于精密测温和自动控温电路中。对(8式两边取对数,得 A T B R T ln 1ln +=…(9,可见T R ln 与T 1成线性关系,若从实验中测得若干个T R 和对 应的T 值,通过作图法可求出A (由截距A ln 求出和B (即斜率。 半导体材料的激活能Bk E =,式中k 为玻耳兹曼常数(231038.1-?=k J/K,将B 与 k 值代入可求出E 。根据电阻温度系数的定义: dT dR R dT d T T T T 11= = ρρα… (10,将(8式代入可求出热敏电阻的电阻温度系数:2T B -=α… (11,对给定材料的热敏电阻,在测得B 值后,可求出该温度下的电阻温度系数。 五、步骤: 1、热敏温度计定标:①如图连接线路(接线时不要打开电源,其中x R 为热敏电阻,3R 为试验中给出的总阻值为1750Ω的滑动变阻器。将x R 置于水浴锅中,注意
直流电桥的原理和应用
实验四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） 图4.4.1惠斯通电桥
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） 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。 2.非平衡电桥 非平衡电桥原理如图4.4.2所示：B 、D 之间为一 负载电阻g R ，只要测量电桥输出g U 、g I ， 就可得到x R 值。根据电桥各臂电阻关系可将非平衡电桥分为三类： （1）等臂电桥：4321R R R R ； （2）输出对称电桥（卧式电桥）：R R R 41， R R R 32，且R R ；（3）电源对称电桥（立式电桥）：R R R 21，R R R 43，且R R 。 当负载电阻! g R ，即电桥输出处于开路状态时，0 g I ，仅有电压输出，在此用0U 表示，根据分压原理，ABC 半桥的电压降为S U ，通过1R 、4R 两臂及2R 、3R 两臂的电流为： 14231423,S S U U I I I I R R R R ##，（4.4.3） 则输出电压0U 为 ?%?%324134014231423()BC DC S S S R R R R R R U U U U U U R R R R R R R R &?& ? &?& &###&#（4.4.4） 当满足条件1324R R R R & &（4.4.5） 时，电桥输出00 U ，即电桥处于平衡状态。（4.4.5）式称为电桥的平衡条件。为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平衡。这样可使输出只与某一臂 电阻变化有关。 图4.4.2非平衡电桥
大学物理实验报告-单臂双臂电桥和电阻测温实验(完整解答)
电桥实验试题标准答案 [采用电桥测量中值电阻] 一、实验原理 答：惠斯登电桥是用于精确测量中值电阻的测量装置。电桥法测电阻，实质是把被测电阻与标准电阻相比较，以确定其值。由于电阻的制造可以达到很高的精度，所以电桥法测电阻可以达到很高的精确度。 1．惠斯登电桥的线路原理 惠斯登电桥的基本线路如图 1 所示。它是由四个电阻 R 1 R x R 1，，R 2 R s R x 联成一个四边形 ACBD ，在对 角线 AB 上接上电源E ，在对角线 CD 上接 上检流计P 组成。接入检流计（平衡指示） 的对角线称为“桥”，四个电阻称为“桥 臂”。在一般情况下，桥路上检流计中有电流通过，因而检流计的指针有偏转。若适当调节某一电阻值，例如改变 R s 的大小可使 C 、 D 两点的电位相等，此时流过检流计P 的电流I P =0，称为电桥平衡。则有 图 1 单臂电桥连线图 V C = V D （1） I R 1 = I Rx = I 1 （2） I R 2 = I Rs = I 2 （3）由欧姆定律知 V AC = I R 1 1 = V AD = I R 2 2 （4） V CB = I R 1 x = V DB = I R 2 s （5）由以上两式可得 R 1 R x = R s （6） 此式即为电桥的平衡条件。若R 1， ，R 2 R s 已知，R2 R x 即可由上式求出。通常取 、 为标准R 1 R 2 电阻，称为比率臂，将R R 1 / 2 称为桥臂比； 为可调电阻，称为比较臂。改变 使电桥达R s R s 到平衡，即检流计P 中无电流流过，便可测出被测电阻 之值。R x 2．用交换法减小和消除系统误差 分析电桥线路和测量公式可知，用惠斯登电桥测量R x 的误差，除其它因素外，与标准电阻R 1，R 2 的误差有关。可以采用交换法来消除这一系统误差，方法是：先连接好电桥电路，调节 使R s P 中无电流，可由式（6）求出R x ，然后将 与 交换位置，再调节 使R 1 R 2 R s P 中无电流，记下此时的 ，可得R s ′ R R x = 2 R s ′ （7） R 1 式（6）和（7）两式相乘 得 R x 2 = R R s s ′ 或 R 2 R s R h K E R m S G P