直流电桥电路及其应用

实验六
直流电桥电路及其应用
一、实验目的： 1 、掌握应用平衡电桥测电阻的原理和方法。 2 、掌握应用非平衡电桥测量非电量的基本 原理和方法。
二、实验仪器： DHQJ － 3 型非平衡电桥、 DHW型温度传感实验 装置、数字式万用表、待测电阻。
三、实验原理： 应用电桥电路测量电阻的阻值，是精确测量 电阻的常用方法。 随着测量技术的发展，电桥电路也被广泛应 用于非电量的测量。 将电阻型传感器接入平衡电桥电路，当外界 某物理量（如温度、压力、形变等）使传感器中 的电阻发生微小变化时，可通过桥路的非平衡电 压反映出来，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。
4、实验结束 实验完毕后，将温度设置为 000.0 ，同时将面 板上的加热电流开关断开，打开风扇，使加热装 置内的温度快速下降至室温。然后关闭电源，拔 下电源插座。
五、测量数据记录 表6－1 电阻的测量（ 二 端电桥） 粗测电阻Rx = Ω， R1= Ω， R2= 温度(室温) t0 = ℃
Ω，
9
R2
7 R4
R4
R6
接电桥7、8
16 17
（二）用直流电桥测量电阻的阻值
1 、用数字式万用表粗测待测电阻的阻值。根 据测待电阻阻值的大小，选择合适的电桥工作电压。 2、选择单桥（二端电桥）进行测量。将端钮1、 2、3用短导线连接，端钮8、9也用短导线连接，被 测电阻Rx接至7、8两接线端钮。
单桥法
2、用平衡电桥测量热电阻的阻值与温度的关系 A、测量室温时铜电阻的电阻值。选择比例电 桥，取 R1 ＝ 10R2 （＝ 1000Ω ） , 在室温下调节 R3 ， 使毫伏表示数为零，此时，Rt0≈0.1R3，记下室温t0 ℃ 和Rt0。 B、设定加热温度。利用设定键 S和加、减数 键（▲、▼）设定加热的最高温度（如70℃）。然后 打开加热电流开关，使铜电阻加热。加热电流 1A 。 C、测量电阻值Rt与温度t℃的关系。调节R3增 加10Ω(R3可去掉尾数取整 10的值)，观察毫伏表示 数的变化，当示数为零时， PV屏显示的温度值即 为此时铜电阻的温度t℃ 。记下此时铜电阻的温度 t℃与电阻值Rt（＝0.1 R3）。 D、以后依次使 R3增大10Ω。记录每次 R3改变 时相应的温度与电阻值。要求测量10个数据。
六、思考题 1、简述平衡电桥和非平衡电桥的区别。 3、为什么用电桥测量电阻前，要先用万用 表粗测电阻的阻值？
（二）用直流电桥测量电阻的阻值 分别测量大于 100Ω 的电阻的阻值和小于 100Ω 的电阻的阻值。 1 、用数字式万用表粗测待测电阻的阻值。根 据测待电阻阻值的大小，选择合适的电桥工作电压。 2、被测电阻大于100Ω时选择单桥（二端电桥） 进行测量。将端钮1、2、3用短导线连接，端钮8、 9也用短导线连接，被测电阻 Rx接至 7、8两接线端 钮。
（二）用直流电桥测量电阻的阻值 1 、用数字式万用表粗测待测电阻的阻值。根 据测待电阻Rx阻值的大小，选择合适的电桥工作电 压。 2、选择单桥（二端电桥）进行测量。将端钮1、 2、3用短导线连接，端钮8、9也用短导线连接，被 测电阻Rx接至7、8两接线端钮。
单桥法
3 、根据待测电阻 Rx 的大小，选择合适的 R1 、 R2、R3值。 为方便操作及计算，可选 100Ω 、 1kΩ 、 10kΩ 等整数值。 R1 Rx =KRx R3可选择接近于： R3 R2 R1 、 R2 、 R3 电阻的步进值均为 1Ω ， R3 的阻值可为 几千欧姆。 Rx的数量级约为几“k”，选择R1=R2，K=R1/R2=1； Rx的数量级约为几百、几十，选择K=10或100； Rx 的数量级约为几十“ k” 、几百“ k” ，选择 K=0.1 或0.001。
平衡电桥可采用下列四种桥路形式之一：
（1）等臂电桥：R1 = R2 = R3= Rt0
（2）卧式电桥：R1 = R3，R2 =Rt0，R1 ≠R2 （3）立式电桥：R1 = R2，R3 =Rt0，R1 ≠R3 （4）比例电桥：R1 = KR3，R2 =KRt0 R1 ≠R2，(K为倍率)
特点：等臂电桥和卧式电桥的测量范围较小， 但有较高的灵敏度；立式电桥的测量范围较大，但 灵敏度比前两个电桥要低；比例电桥可以灵活地选 用桥臂电阻，且测量范围大，线性较好，所以在实 际使用中较为广泛。
DHW－1型温度传感实验装置
加热装置
（三）用非平衡电桥法测量温度、铜电阻、电 压输出间的关系 1、准备工作： （1）根据铜电阻阻值的大小（室温下约 55Ω），选择合适的电桥工作电压（3V）。将控制 仪的“铜电阻”接线柱与非平衡电桥的测量端相接。 （ 2 ）按照温控仪面板各插座的功能用实验连 线与加热装置的相关插座连接好，将温控仪面板上 的加热电流开关关闭。 加热装置上盖盖严，以免影响控温效果。 （ 3 ）将专用电源线插入电源插座，打开温控 仪后面板上的电源开关，前面板的显示屏上“测量 值”应显示当时的环境温度（室温）。
R3/Ω
Rx/Ω
平均值
表6－2 用平衡电桥测量铜电阻的阻值与温度的 关系 桥路形式： 比例电桥 R1= Ω ，R2= Ω， t0 = ℃
t/℃ R3/Ω R铜/Ω
表6－ 3 用非平衡电桥测量电桥输出电压与温度 的关系 桥路形式： 比例电桥 R1= Ω，R2= Ω，R3= Ω，Rt0= Ω， t0 = ℃
t/ ℃ Uo/mV
六、注意事项 1、除设置加热温度外，不得改动温控器内部 任何参数。 2、电桥使用时，应避免将R1、R2 、R3同时调 到零值附近测量，以防止出现较大工作电流，降 低测量精度。 3、选择不同的桥路进行测量时，应注意选择 合适的工作电压。 4、原则上，电桥平衡时电桥的毫伏表的示数 应为零，由于R1、R2 、R3的步进值均为1Ω，实际 上可能无法调节使毫伏表的示数为零。如调不到 零，则应调到最接近为零。 5、断电后方可清洁仪器。
1、惠斯顿电桥（二端电桥）测量电阻的阻值 电阻R1、R2、R3、Rx称为桥臂 C、D之间连接监测仪表，可选用检流计、毫 伏表等，称为“桥” 电桥平衡时，通过桥支路的电流为零，或桥 支路两端的电压值为零， E
R1 R3 R2 Rx
R2 Rx R3 R1
R1
C
mV
R3 Rx
R2
D
3、非平衡电桥的应用 (以应用非平衡电桥测量温度为例) 设热敏电阻Rt 在某一起始温度t0℃时的电阻值 为Rt0。 适当选取R1、R2、R3，与Rt0 构成平衡电桥， 桥支路的输出电压为零。 E 如外界的温度变化引起热 敏电阻的阻值发生变化时，桥 R1 C R3 支路的输出电压不为零。 若测量出一系列输出电压 mV Rt 随温度变化的函数关系，就可 R2 以根据非平衡电桥的输出电压 D 的值，测量出相应的温度值。 测温环境
3、测量非平衡电桥输出电压与热电阻温度的关系 （接前一实验） （ 1 ）关闭加热电流开关，使加热装置内的温 度下降（可将支撑杆向上抬升，加快降温）。 （ 2 ）选择比例电桥，设置电阻 R1=10R2 ， R3 =10Rt0，测量过程中保持不变。 （3）从温控仪PV屏显示最高温度开始，记录 降温过程中一系列温度值 t℃（温度值可取整数） 及与之相应的非平衡电桥输出电压Uo的数值，每隔 5℃记录一组数据，至室温附近。
三端电桥法
仪器面板图
R1电阻调节盘、双桥部分） 29 24
B
R1
1
2
G 26 内接
30
外接 27
G
R3
8
7
二 端9
3
R2
10 mV
28
三端 Rx
四、实验内容、步骤和要求： （一）使用前的准备 1、用随仪器配备的电源线将电桥连至220V交 流电源，打开电源开关，数字式毫伏表数码管亮， 表示已接通电源。 2、选择仪器本身的数字毫伏表作电压显示， 将电桥输出转换开关按下“内接” 。
单桥法
三端电桥法
2、三端电桥测量法 电阻的阻值较小（10Ω＜R＜100Ω），或电阻的 引线较长 R1 R3 R5 R2 Rx ( R3 R5 ) R4 平衡时 R2 Rx R4 R1
E
R1
取:
9
R2 1 R1
R2 Rx R3 R1
Rx
7
R3 8 R5
mV
R6 8
Rx
R5
4、先后按下 G、 B按钮，调节 R3电阻，直至 数字毫伏表指示为零，这时表示电桥已经平衡。 如果灵敏度太低，可适当调高工作电源的电 压。 注意：如预先未知Rx的大小，按下G、B按钮 时应迅速观察数字毫伏表的示数，如较大，应立 即松开G、B，适当调节电阻R3，直到数字毫伏表 示数为零。 5、计算被测电阻值。