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；

⑶ 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441。其中R、R2、R3、R4构成一电桥，A、

C两端加一恒定桥压U s，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U AB

~ U AD，I ~ I 4，I ~ I 3，于是有

R i R4

R2 R

如果R4为待测电阻R X，R3为标准比较电阻，则有图441惠斯通电桥

（4.4.1）

(442)

其中K=R I /R 2，称其为比率（一般惠斯登电桥的 K 有0.001、0.01 . 0.1、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R 3，使电

则输出电压U 0为

当满足条件

R 1 R 3 - R 2 R 4

时，电桥输出U 。=0，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。

R 「R2 &

桥平衡，检流计为 0 ,就可以根据（442）式得到待测电阻

R X 之值。

2■非平衡电桥

非平衡电桥原理如图 442所示：B 、D 之间为一负载电阻&，只要测量电桥输出U g 、l g ,就可得到R x 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：R = R 2 二 R 3 二 R 4 ；（2）输出对称电桥（卧式电桥）

R 2 = R 3 = R ，且 R - R ；

图442非平衡电桥

（3）电源对称电桥（立式电桥）：R ,二R 2二R ，，R 3二R 4二R ，且RpR ，。

当负载电阻Rg —；心，即电桥输出处于开路状态时，

lg =0，仅有电压输出，在此用

U 0表示，根据分压原理， ABC 半桥的电压降为U S ，通过R 、R 4两臂及R 2、R J 两臂的电流

为：

U S

R 4

R 2 R 3

(443)

U 0 - U BC _

U DC

R 4 R R 4

U S R

U S (“一尺只3

)U S R 2 R J R R 4 R 2

R 3

(444)

(445) A

若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻，并且其阻值随某非电量X （如温度、压力等）

(442)

变化而变化，即 R 4二R(x)。若预调平衡后x 发生变化，导致 R 4随之变为R 4 R(x)，此

时因电桥不平衡而产生的电压输出为：

考虑到测量开始时已预调平衡，应该有

R 2 R 4二R i R 3上式化为:

为简便起见，可根据电阻变化率 L R(x)大小不同，导出不同情况下的电桥电压输出表达式。

先分别讨论如下：

(1)若电阻变化较小时，即满足.IR ：：:：：: (R j - R 4)时，公式(447)分母中的 R 项可略去, 此时各种电桥的输出电压公式为：

等臂电桥 U o

U s . R(x) — * (4.4.8) 4 R

卧式电桥

U o

U s ：R(x)

(4.4.9)

4 R

立式电桥

U o :

R R

■ If*、 R(x) U

U s

(4.4.1o )

(R R) R

注意：上式中的R 和其R 均为预调平衡后的电阻。当R(x)较小时，测量得到电压输出与：R(x)/ R 成线性比例关系。测得输出电压后，可通过上述公式运算得

：

R(x)/R 或

R(x)，从而求得 R(x) = R ? UR(x)。

同时由(448)~( 4410)式可知，在 R 、厶R(x)相同的情况下，等臂电桥、卧式电

桥输出电压比立式电桥高，因此灵敏度也高，但立式电桥测量范围大，可以通过选择 R 、 R 来扩大测量范围， R 、R 差距愈大，测量范围也愈大。

(2)若电阻变化很大，即 AR?(R +R 2)条件不成立时，上面的近似公式不再适用。

此时

利用精确公式(447)可得各种桥式电桥的输出电压公式:

U o

R 2 R 4 R 2 =R(x) - R i R 3 R i R 4 ： =R(x) (R 2 R 3)

U s

(446)

U o

R 2 AR(x)

R i R 4 ： _R(x) (R 2 R 3)

U s

(447)

等臂电桥卧式电桥U o(x)弓：R(x) R (4411) 5(x)号

只(x)

R 1 ：

R(x)

2 R

(4412)

1.FQJ 型教学用非平衡电桥

FQJ 型非平衡电桥是专门为教学实验而设计的，该仪器集单臂、非平衡电桥于一体，其面板如图443。

图443 FQJ 型非平衡电桥面板

整个仪器的核心部分为面板中部的桥式电路，

其中R|、R 2和

F3可选用本仪器配备的可调电阻箱（R.、&、，R 也可以选

用内部装有的标准电阻，有 100^1、100"、三个阻值可供选择，而R X 处

接待测电阻，它的两个接线柱与仪器右上角的

R X 接

线柱连通，因此也可以将待测电阻接在右上角的接线柱上（如图

444）。

R a 、R 、&为可调电阻箱，可根据不同的桥式选择使用。其中

&、％为两组同轴电

阻箱，共用五个十进位旋钮调节，保证

R a 二尺，调节范围0~11.1110k ，| ； R 包含六个

十进位旋钮，调节范围 0~ 11.11110k 门。

电桥工作状态可由“功率、电压选择”旋钮调节。该旋钮中“平衡”区有三档电压供单

立式电桥

【实验仪器】

U °(x)=U s

RR (R R)2

(4413)

图444待测电阻接法

认为是无穷大，不消耗功率；“功率1”测量小电阻时用，采样电阻“R s”为10", R g内臂电桥测量时选用。“非平衡”区也有三档，其中“电压”档表示电桥“桥”上的“R g”可

惠斯通电桥原理

惠斯通电桥在实验中，测量电阻的常见方法有伏安法和电桥法。伏安法测量电阻的公式为R=U/I （测量的电阻两端电压/测量的流经电阻的电流），除了电流表和电压表本身的精度外，还有电表本身的电阻，不论电表是内接或外接都无法同时测出流经电阻的电流 I 和电阻两端的电压U ，不可避免存在测量线路缺陷。电桥是用比较法测量电阻的仪器。电桥的特点是灵敏、准确、使用方便，它被广泛地应用于现代工业自动控制电气技术、非电量转化为电学量测量中。电桥可分为直流电桥、交流电桥，直流电桥可以用于测电阻，交流电桥可用于测电容、电感。通过传感器可以将压力、温度等非电学量转化为传感器阻抗的变化进行测量。惠斯通电桥属于直流电桥，主要用于测量中等数值的电阻（101 ~106 Q ）O 对于太小的电阻（10"6 ~101 Q 量级），要考虑接触电阻、导线电阻，可考虑使用双臂电桥；对于大电阻（107Q 级），要考虑使用冲击检流计等方法。惠斯通电桥使用检流计作为指零仪表，而实验室用检流计属于 1惠斯通电桥测量原理图1是惠斯通电桥的原理图。四个电阻 R o 、R i 、R 2、 R x 连成四边形，称为电桥的四个臂。四边形的一个对角线连有检流计，称为“桥”；四边形的另一对角线接上电源，称为电桥的“电源对角线” 。E 为线路中供电电源，学生实验用双路直流稳压电源，电压可在 0-30V 之间调节。R 保护为较大的可变电阻，在电桥不平衡时取最大电阻作限流作用以保护检流计；当电桥接近平衡时取最小值以提高检流计的灵敏度。限流电阻用于限制电流的大小，主要目的在于保护检流计和改变电桥灵敏度。电源接通时，电桥线路中各支路均有电流通过。当C 、D 两点之间的电位不相等时，桥路中的电流I g -0，检流计的指针发生偏转；当 C 、D 两点之间的电位相等时，桥路中的电流I g =0，检流计指针指零（检流计的零点在刻度盘的中间），这时我们称电桥处于平衡状态。因此电桥处于平衡状态时有： I g =0 U AC =U AD 于是空二邑即R x R 2二R 0R 1 R 0 R 2 此式说明，电桥平衡时，电桥相对臂电阻的乘积相等。这就是电桥的平衡条件。根据电桥的平衡条件，若已知其中三个臂的电阻，就可以计算出另一个桥臂电阻，因此，电桥测电阻的计算式为 R x 二邑凤二 KR 。（1） R 2 电阻R 1、R 2为电桥的比率臂，R x 为待测臂，R 为比较臂，R 。作为比较的标准，实 A 表，电桥的灵敏度要受检流计的限制。 [1 U CB = U DB 1 Rx = 1 R0 I R1 = I R2 1 Rx R x = 1 R1 R 1 1 R0R 0 = 1 R2 R 2

非平衡直流电桥的原理和应用

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

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

直流电桥实验报告汇总

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

直流单臂电桥的工作原理

直流单臂电桥的工作原理直流单臂电桥又称惠斯登电桥，其原理电路如上图所示，图中ac、cb、bd、da四条支路为电桥的四个臂，其中R1（RX）为被测臂，R2、R3构成比列臂，R4称为较臂。在电桥的对角线cd 上连接指零仪表（一般是检流计）另一对角线ab上连接直流电源E。在电桥投入工作时，先接通电源按钮SB，调节电桥的一个臂或几个臂的标准电阻，使检流计指针指示为零，这时，就表示电桥达到平衡。在电桥平衡时，cd两点的电位相等。则：Uac=Uad, Ucb=Udb 即：I1R1=I4R4, I2R2=I3R3 将这两式相除，得：I1R1/I2R2=I4R4/I3R3 当电桥平衡时，Ig=0 ∴I1=I2，I3=I4 代入上式得： R1R3=R2R4 上式是电桥的平衡条件。它说明：在电桥平衡时，两相对桥臂上电阻乘积等于另外两相对桥臂上电阻的乘积。根据这个关系，在已知三个臂电阻的情况下，就可确定另外一个臂的被测电阻的电阻值。设被测电阻RX是位于第一个桥臂中，则RX=R2R4/R3。图1 单臂电桥原理图R1为被测电阻R2、R3、R4为可调电阻P为检流计E为电池。单臂电桥的使用方法 1、先将检流计的锁扣打开（内外），调节调零器把指针调到零位。 2、把被测电阻接在?的位置上。要求用较粗较短的连接导线，并将漆膜刮净。接头拧紧，避免采用线夹。因为接头接触不良将使电桥的平衡不稳定，严重时可能损坏检流计。 3、估计被测电阻的大小，选择适当的桥臂比率，使比较臂的四档都能被充分利用。这样容易把电桥调到平衡，并能保证测量结果的4位有效数字。 4、先按电源按钮B，（锁定）再按下检流计的按钮G（点接）。 5、调整比较臂电阻使检流计指向零位，电桥平衡。若指针指?，则需增加比较臂电阻，针指向?，则需减小比较臂电阻。 6、读取数据：比较臂比率臂=被测电阻 7、测量完毕，先断开检流计按钮，在断开电源按钮，然后拆除被测电阻，再将检流计锁扣锁上，以防搬动过程中损坏检流计。）从而可以测量R3/R4×（R1=R2数值，当电桥平衡时有：R4、R3、R2通过电桥调节．

DH4518交流电桥的原理和应用

交流电桥的原理和设计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。【实验目的】 1、掌握交流电桥的平衡条件和测量原理 2、设计各种实际测量用的交流电桥 3、验证交流电桥的平衡条件【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积相等。由图1可知，若第一桥臂由被测阻抗Z x 构成，则 Z x = 3 2 Z Z Z 4 当其他桥臂的参数已知时，就可决定被测阻抗Z x 的值。二、交流电桥平衡的分析下面我们对电桥的平衡条件作进一步的分析。在正弦交流情况下，桥臂阻抗可以写成复数的形式 Z=R+jX=Ze j φ 若将电桥的平衡条件用复数的指数形式表示，则可得 Z 1e j φ12Z 3e j φ3=Z 2e j φ22Z 4e j φ4 即 Z 12Z 3 e j(φ1+φ3)=Z 22Z 3 e j(φ2+φ4) 根据复数相等的条件，等式两端的幅模和幅角必须分别相等，故有 Z 1Z 3=Z 2Z 4 φ1+φ3=φ2+φ4 上面就是平衡条件的另一种表现形式，可见交流电桥的平衡必须满足两个条件：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。由式（2）可以得出如下两点重要结论。 1、交流电桥必须按照一定的方式配置桥臂阻抗如果用任意不同性质的四个阻抗组成一个电桥，不一定能够调节到平衡，因此必须把电桥各元件的性质按电桥的两个平衡条件作适当配合。在很多交流电桥中，为了使电桥结构简单和调节方便，通常将交流电桥中的两个桥臂设计为纯电阻。 ) 2(

高中物理竞赛辅导讲义-12.5惠斯通电桥和补偿电路

12. 5惠斯通电桥和补偿电路一、测量电阻的方法： 1、欧姆表直接测量缺点：精度不高 2、伏安法测出电流电压进而算出电阻缺点：真实电表的内阻会引起系统误差（内接法、外接法）二、惠斯通电桥 1、惠斯通电桥电路图：其中R 1、R 2为定值电阻，R 3为可变电阻，R x 为待测电阻，G 为灵敏电流计。 2、测量方法： (1)调节可变电阻R 3 ，使得电桥上的灵敏电流计示数为0 (2)由电桥平衡可得： 3、惠斯通电桥测电阻的优点： (1)精度高。精度主要取决于电阻阻值的精度和灵敏电流计的精度。 (2)灵敏电流计所在的电桥上没有电流，因此避免了电表内阻的影响。 (3)电源电动势和内阻对测量也没有影响。例1、如图所示的电桥电路中，电池组电动势ε1=20V ，R 1=240 Ω，R 2=20Ω，R 4=20Ω，电池ε2=2V ，问可变电阻R 3应调到多大时电流表中电流为0？例2、将200个电阻连成如图所示的电路，图中各P 点是各支路中连接两个电阻的导线上的点．所有导线的电阻都可忽略．现将一个电动势为E 、内阻为r 0的电源接到任意两个P 点处．然后将一个没接电源的P 点处切断，发现流过电源的电流与没切断前一样，则这200个电阻R 1、R 2…R 100，r 1、r 2…r 100应有怎样的关系?此时AB 和CD 导线之间的电压为多少? 231x R R R R

例3、有七个外形完全一样的电阻，已知其中六个的阻值相同，另一个的阻值不同。请按照下面提供的器材和操作限制，将那个阻值不同的电阻找出，并指出它的阻值是偏大还是偏小，同时要求画出所用电路图，并对每步判断的根据予以论证。提供的器材有：①电池。②一个仅能用来判断电流方向的电流表（量程足够），它的零刻度在刻度盘的中央，而且已知当指针向右偏时电流是由哪个接线柱流入电流表的。③导线若干。操作限制：全部过程中电流表的使用不得超过三次。

交流电桥测电容

交流电桥测电容一、实验目的 1．了解交流电桥的平衡原理及配置方法． 2．自组交流电桥测量电容及损耗． 3．学习使用数字电桥测量电阻、电容．二、仪器与用具低频信号发生器，交流毫伏表，交流电阻箱，可调标准电容箱(例如RX7-0型)，待测电容，电阻，数字电桥，开关等．实验原理 1．交流电桥平衡条件交流电桥是对比直流电桥的结构而发展出来的，它在测量电路组成上与惠斯通电桥相似，如图28-1所示，电桥的四个臂1~Z ，2~Z ，3~Z ，4~ Z 通常是复阻抗(可以是电阻、电容、电感或它们的组合)，ab 间接交流电源E ，cd 间接交流平衡指示器D (毫伏表或示波器等)．电桥平衡时，c 、d 两点等电位，由此得到交流电桥的平衡条件： 1~Z 3~Z =2~Z 4~Z (28.1) 利用交流电桥测量未知阻抗 X Z ~ (X Z ~=1~Z )的过程就是调节其余各臂阻抗参数使(28.1)式满足的过程．一般来说，X Z ~包含二个未知分量，实际上按复阻抗形式给出的平衡条件相当于两个实数平衡条件，电桥平衡时它们应同时得到满足，这意味着要测量X Z ~，电桥各臂阻抗参数至少要有两个可调，而且各臂必须按电桥的两个平衡条件作适当配置．图28—1 2．桥臂配置和可调参数选取的基本原则在多数交流电桥中，为了使线路结构简单和实现“分别读数”(即电桥的两个可调参数分别只与被测阻抗的一个分量有单值的函数关系)，常把电桥的两个臂设计成纯电阻(统称为辅助臂)，这样，除被测x Z ~ 外只剩一个臂具有复阻抗性质，此臂由标准电抗元件(标准电感或标准电容 )与一个可调电阻适当组合而成(称为比较臂)，在这样的条件下，由交流电桥的平衡条件得到桥臂配置和可调参数选取的基本原则． (1)当比较臂与被测臂阻抗性质相同(指同为电感性或电容性)，二者应放在相邻的桥臂位置上；反之，应放在相对的桥臂位置上． (2)若取比较臂的两个阻抗分量作可调参数，则当比较臂阻抗分量的联接方式(指串联或并联)与被测臂等效电路的联接方式一致时，二者应放在相邻的桥臂位置；反之，就放在相对的桥臂位置． (3)当缺乏可调标准电抗元件或需要采用高精度固定电抗元件作为标准量具时，则选取辅助臂和比较臂所含电阻中的两个作为可调参数使电桥趋于平衡．(此时一般不能分别读

交流电桥的使用

实验二十三 DH4518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。一、实验目的 1、掌握交流电桥的平衡条件和测量原理； 2、设计各种实际测量用的交流电桥； 3、验证交流电桥的平衡条件。二、实验仪器 DH4518型交流电桥实验仪三、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I0=0），cd两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有 - 1 -

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：

交流电桥实验报告

[标签:标题] 篇一：交流电桥测电容和电感实验二十八交流电桥测电容和电感交流电桥与直流电桥相似，也由四个桥臂组成。但交流电桥组成桥臂的元件不仅是电阻，还包括电容或电感以及互感等。由于交流电桥的桥臂特性变化繁多，因此它测量范围更广泛。交流电桥除用于精确测量交流电阻、电感、电容外，还经常用于测量材料的介电常数、电容器的介质损耗、两线圈间的互感系数和耦合系数、磁性材料的磁导率以及液体的电导率等。当电桥的平衡条件与频率有关时，可用于测量交流电频率等。交流电桥电路在自动测量和自动控制电路中也有着广泛的应用。一、实验目的 1．了解交流电桥的平衡原理及配置方法． 2．自组交流电桥测量电感、电容及损耗． 3．学习使用数字电桥测量电阻、电感和电容．二、仪器与用具低频信号发生器，交流毫伏表，交流电阻箱，可调标准电容箱(例如RX7-0型)，待测电容，电感线圈，电阻，数字电桥，开关等．实验原理 1．交流电桥平衡条件交流电桥是对比直流电桥的结构而发展出来的，它在测量电路组成上与惠斯通电桥相似，如图28-1所示，电桥的四个臂Z1，Z2，Z3，Z4通常是复阻抗(可以是电阻、电容、电感或它们的组合)，ab间接交流电源E，cd间接交流平衡指示器D(毫伏表或示波器等)．电桥平衡时，c、d两点等电位，由此得到交流电桥的平衡条件： ~~~~Z1Z3=Z2Z4 (28.1) ~~~~ 利用交流电桥测量未知阻抗ZX (ZX=Z1)的过程就是调节其余各臂阻抗参数使(28.1)式满足的过程．一般来说，ZX包含二个未知分量，实际上按复阻抗形式给出的平衡条件相当于两个实数平衡条件，电桥平衡时它们应同时得到满足，这意味着要测量ZX，电桥各臂阻抗参数至少要有两个可调，而且各臂必须按电桥的两个平衡条件作适当配置．图28—1 2．桥臂配置和可调参数选取的基本原则在多数交流电桥中，为了使线路结构简单和实现“分别读数”(即电桥的两个可调参数分别只与被测阻抗的一个分量有单值的函数关系)，常把电桥的两个臂设计成纯电阻(统称为辅助臂)，这样，除被测Zx外只剩一个臂具有复阻抗性质，此臂由标准电抗元件(标准电感或标准电容)与一个可调电阻适当组合而成(称为比较臂)，在这样的条件下，由交流电桥的平衡条件得到桥臂配置和可调参数选取的基本原则． (1)当比较臂与被测臂阻抗性质相同(指同为电感性或电容性)，二者应放在相邻的桥臂位置上；反之，应放在相对的桥臂位置上．~~~~~~ (2)若取比较臂的两个阻抗分量作可调参数，则当比较臂阻抗分量的联接方式(指串联或并联)与被测臂等效电路的联接方式一致时，二者应放在相邻的桥臂位置；反之，就放在相对的桥臂位置．

交流电桥的原理和应用

电阻应变片直流电桥测量电路攻略

在复杂的机械系统中，研究其功耗和性能，设计它们的结构以及研究各模块组间的润滑状态，测量各器件间的摩擦力等重要参数，多年来，一直被人们所重视。由于机械内部运动复杂，环境恶劣，摩擦力相对很小，给测量带来了很大困难，如何精确地测量出这些数据就显得格外重要。采用立创无线收发方式，利用传感器信号通过无线收发电路进行信号传输，可以先存储数据再把存储卡里面的数据读入到计算机进行分析，为复杂及数据要求精确的系统的数据采集提供了新的方法。另外，在采集频率较高时，数据量比较大，这对采集系统中处理器处理速度、射频无线传输速度、接口传输速度、A/D 转换速度以及功耗等都有很高的要求，加上机械系统内部尺寸的限制，困难较大。这样一来，数据采集电路板的设计成为该数据采集系统的关键，我们需要设计专门的数据采集和无线收发装置。测量系统原理系统由传感器、电源、信号调理电路、信号处理电路和PC 机组成在实际测量时，传感器安装在运动件上，由于采用引线装置传递信号会限制机械部件的运动，因此可采用无线收发电路传输数据，也可采用存储方式进行数据采集，即先把数据保存到存储卡，数据采集完之后再拿出存储卡读入到计算机，测量系统原理如图1 所示。气压传感器和应变片经过信号调理电路输出0～2.5V 的电压，可通过信号处理电路把模拟信号转化为数字信号再存入存储卡，热电偶经过信号调理电路输出12 位SPI 格式的数字信号，可由单片机直接把信号存入存储卡。存储卡的容量应能保证采集信号的时间要求（在采集频率为3000Hz 时，选择512M以上的存储卡可保证采集时间不少于25 分钟）。而该测量系统中电阻应变片直流电桥测量电路的设计是一个关键，下面我们将对这一部分进行详细的分析和设计。电阻应变片直流电桥测量电路

综合比较直流电桥与交流电桥的异同

A B C D G R 1 R 2 R s R x E I 1 I 2 图1 直流电桥综合比较直流电桥与交流电桥的异同 08物理一班刘娟娟 20081041146 Liujuanjuan 摘要：通过实验了解直流电桥与交流桥路的特点和调节平衡的方法以及用直流电桥、交流电桥测电阻的方法，了解直流电桥与交流电桥的区别 Abstract ： through the experiment about DC bridge and AC bridge circuit characteristics and regulation of balance and method of DC bridge, bridge methods of measuring resistance, understanding of DC bridge and the bridge between 关键词：直流电桥、交流电桥、电阻 Key words: DC bridge, bridge, resistance 引言：直流电桥是一种用比较方法测电阻的仪器，其主要特点是测量精度高。交流电桥是一种比较式仪器，在电测技术中占有重要地位。仪器介绍直流电桥是一种用比较方法测电阻的仪器，其主要特点是测量精度高。和伏安法测电阻相比，电桥法将两个量（电压和电流）的测量转换成了一个量的平衡检测。平衡检测对阻值的变化很敏感，利用电桥对阻值变化敏感的特点，通过某种电阻式传感器还可以进行温度、湿度、压强等非电量的测量。直流电桥主要分为单电桥（惠斯通电桥）和双电桥（开尔文电桥）。单电桥用于测量1Ω－106Ω范围内的电阻值的电阻，双电桥用于测量1Ω以下的低电阻。交流电桥是一种比较式仪器，在电测技术中占有重要地位。交流电桥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臂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。图2 交流电桥原理

交流电桥

实验十三交流电桥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臂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。 [实验目的] 1. 了解交流桥路的特点和调节平衡的方法。 2. 学会使用交流电桥测量电容及其损耗。 3. 学会使用交流电桥测量电感及其Q 值。 4. 学会使用交流电桥测量电阻。 [实验仪器] DH4518型交流电桥实验仪、待测元件。 [实验原理] 图4-13-1是交流电桥的原理线路。它与直流单臂电桥原理相似。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，具有足够的灵敏度。指示器指零时，电桥达到平衡。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 42211Z I Z I Z I Z I = 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 （4-13-1）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积相等。由图4-13-1可知，若第一桥臂由被测阻抗Z x 构成，则： 43 2 Z Z Z Z x ?= 当其他桥臂的参数已知时，就可决定被测阻抗Z x 的值。图4-13-1 交流电桥原理

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

惠斯通电桥原理

惠斯通电桥原理 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

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