直流非平衡电桥.ppt (恢复)
非平衡电桥的原理和应用
非平衡电桥的原理和应用电桥的的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等，桥式电路在检测技术、传感器技术中的应用非常广泛。
根据电桥工作时是否平衡来区分，可将电桥分为平衡电桥与非平衡电桥两种。
平衡电桥一般用于测量具有相对稳定状态的物理量，非平衡电桥往往和一些传感器元件配合使用．某些传感器元件受外界环境（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压输出，从而达到观察、测量和控制环境变化的目的。
非平衡电桥在传感技术中已得到广泛应用，非平衡电桥电路是传感技术中的重要组成部分。
【实验目的】1．了解与掌握非平衡电桥的工作原理，研究非平衡电桥的电压输出特性。
2．掌握与学习用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．初步学习非平衡电桥的设计方法，根据不同被测对象灵活选择不同的桥路形式进行测量。
【实验仪器】FQJ型非平衡直流电桥、升温加热炉与温度控制器、待测电阻。
【实验原理】1．非平衡电桥的工作原理非平衡电桥的原理图如图5.7.1所示，当调节R1、R2和R3，使桥的B、D两端电势相等，这时电桥达到平衡。
如果将平衡电桥中的待测电阻换成电阻型传感器，当外界条件(如温度、压力、形变等)改变时，传感器阻值会有相应变化，B、这时电桥处于非平衡状态。
D两端电势不再相等，假设B、D之间有一负载电阻Rg，其输出电压SAg图5.7.1 非平衡电桥Ug。
如果使R1、R2和R3保持不变，那么Rx变化时Ug也会发生变化。
根据Rx与Ug的函数关系，通过检测桥路的非平衡电压Ug，能反映出桥臂电阻Rx的微小变化，测量外界物理量的变化，这就是非平衡电桥工作的基本原理。
当桥臂电阻取不同的值时，电桥可以分为三类：（1）等臂电桥：R1?R2?R3?Rx?R（2）输出对称电桥，也称卧式电桥：R1?Rx?R，R2?R3?R?，且R?R?。
（3）电源对称电桥，也称立式电桥：R3?Rx?R，R1?R2?R?，且R?R?。
非平衡电桥操作与报告注意事项
非平衡电桥操作与报告注意事项
一、操作过程。
1. 确保电桥仪器连接正确，电源接通并调整合适的工作电压。
2. 将待测电阻放入电桥中，并调节电桥的灵敏度，使电桥显示
器指针偏转到零位。
3. 调节电桥的平衡臂，使电桥显示器指针再次回到零位。
4. 记录下电桥的平衡条件，包括电桥的灵敏度、工作电压、待
测电阻的数值等。
二、报告注意事项。
1. 报告中应包括电桥操作的具体步骤和操作过程中的关键数据。
2. 对于非平衡电桥操作中出现的问题或异常情况，应详细记录
并分析可能的原因。
3. 报告中需要注明实验的目的、原理及实验结果，并对实验数据进行合理的分析和讨论。
4. 注意报告的格式和规范，包括实验日期、实验者姓名、实验地点等基本信息。
5. 在报告中应注明实验中所用的仪器和设备的型号和参数，以及实验中所使用的材料和试剂的来源和规格。
通过以上自查报告，我对非平衡电桥操作和报告注意事项有了更清晰的认识，也对今后的实验操作和报告撰写有了更明确的指导方向。
直流非平衡电桥
直流非平衡电桥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。
实验仪器稳压电源、电阻箱、万用表（用作毫伏表）、Keithy2000（用作微伏表）、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所示，当R3/R2=R4/R1时，电桥平衡，即：I g=0，U g=0；当用R4+ΔR代替R4时，R3/R2不等于R4+ΔR/R1，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：图1 非平衡电桥电路图分析上式，可以得到电桥的三种形式：（1）等臂电桥：R1=R2=R3=R4=R（2）卧式电桥：R1=R4，R2=R3（3）立式电桥：R1=R2，R4=R3将等臂和卧式条件带入（1）式经简化得：δ=ΔR/R4称为电阻的应变。
直流非平衡电桥
设备无法启动
检查电源是否正常，检查设备 内部是否有短路或开路现象，
修复或更换损坏的部件。
THANKS
感谢观看
可调元件
除了可调电阻外，还可以采用其他可调元件，如可变电容、电感等，用于实现 电桥平衡。这些元件的调节范围应满足测量需求，并具有较高的稳定性和精度。
指示器及保护装置
指示器
用于显示电桥是否处于平衡状态。常用的指示器有检流计、 光电指示器等。当电桥平衡时，指示器应无偏转或发出信号 。
保护装置
为防止电桥过载或短路而损坏，应设置相应的保护装置。例 如，在电源回路中串联保险丝或自动开关，以便在电流过大 时自动切断电源。此外，还可以在桥臂上并联限流电阻或采 用其他限流措施，以保护电桥免受损坏。
调节电桥平衡
通过调节电阻箱中的电阻值， 使得电流表的示数为零，此时 电桥达到平衡状态。
改变条件重复实验
改变电源电压或电阻箱的阻值， 重复以上步骤进行多次实验。
数据记录表格设计
| 序号 | 电源电压（V） | 电阻箱阻值（Ω） | 电 压表示数（V） | 电流表示数（A） |
01
|1|||||
03
02
03
直流非平衡电桥测量原理 及方法
测量原理分析
直流非平衡电桥的基本原理
01
利用电桥平衡条件进行测量，当电桥平衡时，对角线上的两个
电阻的电压相等。
电阻变化对电桥平衡的影响
02
当待测电阻发生变化时，会打破电桥的平衡状态，从而产生输
出电压。
灵敏度与测量精度的关系
03
电桥的灵敏度决定了测量精度，灵敏度越高，测量精度也越高。
惠斯通电桥
一种常用的电桥类型，由四个电 阻组成，通过调节可变电阻使电 桥平衡，从而测量未知电阻。
非平衡电桥
大学物理实验
大学物理实验
大学物理实验
4个接线柱的电阻箱接法
2个接线柱的电阻箱接法
（一）显示 “1.”代表待测量 超过万用表的当前档位/量程。
例如： 当万用表的档位选在直流200mv 档时，实际电路直流电压值超过 0.2v，此时应该检查电路时候是 否有错误？有无短路？
若没错，只要把原来200mv的档 位增大到2v档位，或者更高直流 电压量程的档位。
点间等电势，
B
R1
RX
则电桥处于平衡态。若某一个臂或几 个臂是传感元件，其阻值可随待测物
A
C 理量的改变而变化，电桥处于非平衡
U
态，此时 B、D之 间电势不相等。电
R2
D R3
势差的大小反映了电阻的变化情况。
若在两点间接入数字万用表，测量两
点间的不平衡电压，即可了解电路中
E
电阻阻值的变化情况，从而获得待测
物理量的变化。
实验原理
大学物理实验
R1
A
B RX
U
C
电桥平衡时 R1 R2 K
RX 0 R3
当电阻变化为RX RX 0 RX
时，电桥失去平衡。
R2
D R3
E
实验中所用数字万用表内阻
且令 RX
RX 0
则：
Uo
(1
K
K )(1
K)
E
实验原理
当 (1 K ) 时
大学物理实验
大学物理实验
（二） 想用直流电
压档测电压，先转
1
动到Vm档（如“1” 所示）；
然后黑表笔接在
2
COM端，红表笔接 在VΩ端（如“2”
所示）。
实验内容
非平衡电桥操作与报告注意事项
非平衡电桥操作与报告注意事项
一、操作过程。
在进行非平衡电桥实验时，首先需要准备好实验所需的器材和试剂。
然后按照实验步骤进行操作，将待测物质放入电桥中，调节电桥的各个参数，直到出现电流的不平衡现象。
记录下各个参数的数值，并进行数据处理和分析，得出实验结果。
二、注意事项。
1. 实验器材和试剂要保持干净和完整，避免因为器材损坏或试剂受到污染而影响实验结果。
2. 在进行实验操作时，要注意安全，避免发生意外事故。
特别是在接触电路和调节电桥参数时，要小心操作，避免触电或短路。
3. 在调节电桥参数时，要耐心细致，逐步调整，以获得准确的实验结果。
同时要注意观察电桥的指示，及时发现不平衡的现象。
4. 在记录实验数据时，要准确无误地记录各个参数的数值，以
便后续的数据处理和分析。
5. 实验结束后，要及时清理实验器材和试剂，保持实验环境的
整洁。
三、自查报告。
在进行非平衡电桥实验时，我严格按照实验步骤进行操作，注
意了安全和实验细节，成功地完成了实验，并得到了准确的实验结果。
在记录实验数据时，我认真仔细地记录了各个参数的数值，并
进行了数据处理和分析。
在实验结束后，我及时清理了实验器材和
试剂，保持了实验环境的整洁。
通过这次实验，我对非平衡电桥的
操作和报告注意事项有了更深入的理解，也提高了实验操作的技能。
非平衡电桥
1000 …… 1160 1180 1200
ΔR=R4−R0 (Ω)
……
0
……
δ=ΔR/R0
……
0
……
Ug (mV)
……
0
……
（4） 根据公式（3）过原点作一条直线（斜线），并与实际测量的 Ug ∼ δ曲线比较，得
出 Ug ∼ δ的线性范围。
即：测算
R4
的取值范围，使有
实验目的 （1） 了解非平衡电桥的组成和工作原理，以及在实际中的应用。 （2） 学会用外接电阻箱法研究非平衡电桥的输出电压与电阻应变量之间的关系，通 过作图研究其线性规律。 （3） 了解桥臂电阻大小对非平衡电桥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。
理论线性范围的计算可以通过公式（2）和（3）来得到。给定某一ΔR 由公式（2）可
以计算得到一个 Ug，由公式（3）可以得到 Ug’，比较 Ug 与 Ug’可知道它们差别是否超过自身
大小的 5%，来计算出δ值范围（即： − 10 ≤ δ ≤ 10 ）。
105
95
4/4
2. 直流非平衡电桥的线性范围
公式（3）是δ比较小的时候的一个近似公式，当δ比较大的时候该公式不成立。当ΔR
在 0 值附近一个近似对称的正负小区间内，根据公式（2）和（3）分别计算所得的 Ug 和 Ug’，
它们之间的差值与自身的值比较时，≤ 5%，可以认为在此区间内满足线性要求。这样根据实
测 Ug 值可以使用近似公式（3）直接来计算ΔR。
3/4
思考题
1. 简述直流非平衡电桥与直流平衡电桥的关系。 2. 为什么在实验内容 1 中，ΔR 的绝对值相同时，Rx 小于 1000Ω 时的 Ug 比大于 1000Ω
非平衡电桥和平衡电桥的异同
非平衡电桥和平衡电桥的异同
非平衡电桥和平衡电桥的异同
电桥（bridge）是一种测量电阻的装置，其最大的特点是可以在很小的测量信号和微小的负载电流下，实现精确的电阻的测量。
电桥可以分为非平衡电桥和平衡电桥两类。
1、非平衡电桥
非平衡电桥一般包括一个电桥环路和一个分压电阻。
分压电阻的位置可以在电桥环路的任何一处，但是一般认为放置在环路中间位置的效果最佳。
非平衡电桥可以测量比较大的电阻，也可以测量比较小的电阻，但是非平衡电桥有一个主要的缺陷，就是在测量比较小的电阻时，会产生不可接受的测量误差。
2、平衡电桥
平衡电桥的构成和非平衡电桥有所不同，它由电桥环路、分压电阻以及两个变比电阻组成。
可以通过改变变比电阻的值来精确测量小电阻，从而解决上述缺陷。
总之，非平衡电桥可以测量大电阻，但是测量小电阻时会有一定的误差；而平衡电桥通过增加变比电阻，可以有效的解决测量小电阻时的误差问题，但价格比非平衡电桥贵一些。
直流非平衡电桥实验报告
直流非平衡电桥实验报告直流非平衡电桥实验报告引言：直流非平衡电桥是一种常用的电路实验装置，用于测量电阻、电容和电感等元件的参数。
本实验旨在通过搭建直流非平衡电桥电路，测量未知电阻的阻值，并探究电桥在不同条件下的工作原理和特性。
实验装置和原理：实验所需装置包括直流电源、电阻箱、电桥、万用表等。
电桥由两个相互平行的电阻分支和两个相互垂直的电阻分支组成。
当电桥电路中电流平衡时，称为平衡状态，此时电桥两侧电压相等，电桥不会有输出电压。
而当电桥电路中存在非平衡时，即电桥两侧电压不等，电桥会产生输出电压，通过测量输出电压的大小可以得到未知电阻的阻值。
实验过程：1. 搭建电桥电路：将电阻箱与电桥的相应分支连接，将未知电阻与电桥的其他分支连接，将电源与电桥连接。
2. 调节电阻箱的阻值：通过改变电阻箱的阻值，使电桥电路达到平衡状态。
3. 测量输出电压：使用万用表测量电桥输出端的电压值，记录下来。
4. 计算未知电阻的阻值：根据实验所用电桥的参数和测得的输出电压值，利用相关公式计算未知电阻的阻值。
实验结果与分析：经过一系列的实验操作和测量，我们得到了一组实验结果。
根据这些数据，我们可以进一步分析电桥的工作原理和特性。
首先，我们可以观察到电桥的平衡状态与非平衡状态之间的差异。
在平衡状态下，电桥两侧电压相等，电桥不会有输出电压。
而在非平衡状态下，电桥两侧电压不等，电桥会产生输出电压。
这说明电桥的工作原理是基于电压差的测量，通过测量电桥两侧的电压差来判断电路中是否存在非平衡。
其次，我们可以观察到电桥输出电压的变化规律。
当电桥电路中存在非平衡时，输出电压的大小与非平衡程度成正比。
即非平衡越大，输出电压越大。
这说明电桥的输出电压可以作为一个定量的指标，用来衡量电路中非平衡的程度。
最后，我们可以利用实验结果计算未知电阻的阻值。
根据电桥的参数和测得的输出电压值，我们可以利用相关公式进行计算。
这样，我们就可以通过电桥实验来测量未知电阻的阻值，从而实现对电阻元件的参数测量。
(普通物理实验)非平衡电桥
答：电阻值随温度变化而变化。
若用惠斯登电桥测量电阻时，电桥应调到平衡状态。由 于被测电阻阻值变化很快，电桥很难调到平衡，这时用 非平衡电桥测量较为方便。它不需调平衡，即不需要Ig ＝0，而是通过Ig求电阻。
3．测量前，为什么使RT在冷水中时微安表基本无偏 传，RT在沸水中时微安表接近满偏？
4．微安表和电源的正负极可随便接
RT
吗？为什么？
答：不可以。通过微安表的电流必须 从正极进，负极出。例 如根据电路 R3
图，当温度升高时，RT阻值下降，Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 电压比D点高，所以电流从B点到D点，
即微安表正极必须连B点，负极连D点。
如果RT位置或电源极性方向改变，微 安表的接法也应随之改变。
E
B
R2
除此之外，还可以用数字多用 表（电阻档）代替惠斯登电桥。
1 落球法测量粘滞系数
测量原理： (' )gd 2t
1
1l8 (12.4d)1(1.6d)
DH
D
修正项
起初速度小，重力大于其余两个 力的合力，小球向下作加速度越 来越小的加速运动；随着速度的 增加，粘滞阻力也相应的增大，
合力相应的减小。
l1
Hι
3.600
T－1
（2.620，3.540）
(×10－3K-1）
3. 500 2.600 2.700 2.800 2.900 3.000 3.100 3.200 3.300
思考题
1．非平衡电桥与平衡电桥有什么异同？ 答：两种电桥的异同：电路相同；
不同在于：平衡电桥；调平衡后，利用电压关系求电阻 ；
《直流非平衡电桥》课件
contents
目录
• 非平衡电桥的概述 • 非平衡电桥的基本原理 • 非平衡电桥的电路设计 • 非平衡电桥的实验操作 • 非平衡电桥的发展趋势与展望
非平衡电桥的概述
01
非平衡电桥的定义
非平衡电桥是指电桥电路中，输入信 号与输出信号的幅度大小不相等，即 输入信号与输出信号之间存在不平衡 状态。
智能化与自动化
非平衡电桥的智能化与自动化技 术，如自动校准、自动数据采集 等，成为研究的热点。
非平衡电桥的发展趋势和展望
更高精度的测量
随着科技的发展，非平衡电桥的测量精度有望进一步提高，满足 更严格的应用需求。
更广泛的应用领域
非平衡电桥有望在新能源、电动汽车等领域得到更广泛的应用。
更智能化的技术
非平衡电桥将进一步融合人工智能、物联网等技术，实现更智能 化的测量和管理。
实例电路的选择
选择一个具有代表性的电路进行 设计，如音频放大器、振荡器等 。
实例电路的实际制作
根据仿真测试结果，制作实例电 路的实际电路板。
非平衡电桥的实验
04
操作
实验操作前的准备
1 2
实验器材
非平衡电桥、电源、测量仪表、待测电阻等。
实验环境
确保实验室环境干燥、无尘、无磁场干扰。
3
安全措施
确保电源接地，避免触电危险。
非平衡电桥的前沿技术介绍
新型传感器技术
采用新型传感器技术，提高非平衡电桥的测量精度和稳定性。
大数据处理与分析
利用大数据处理与分析技术，对非平衡电桥采集的数据进行深度挖 掘和应用。
无线传输与远程监控
实现非平衡电桥的无线传输和远程监控，提高测量的灵活性和便捷 性。
直流非平衡电桥
实验名称：直流非平衡电桥的应用
——数字温度计的设计Array姓名学号班级
桌号同组人
本实验指导教师实验地点：基础教学1106室
实验日期20 年月日时段
一、实验目的：
1. 掌握直流非平衡电桥的工作原理及与直流平衡电桥的异同；
2. 学习直流非平衡电桥的使用方法；
3. 学习传感器非线性特性的线性化设计
4.用直流非平衡电桥设计一款数字温度计。
二、实验仪器与器件：
1、DHQJ-1型非平衡电桥、导线若干；
2、DHW-1型温度传感实验装置（铜电阻、热敏电阻）；
三、实验原理：
1．直流平衡电桥、直流非平衡电桥
直流电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥（非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥）。
平衡电桥需要工作在平衡态下，可以准确测量未知电阻（如单臂电桥），测量精度很高。
但平衡的调节要求严格，需要耗费一定的时间。
非平衡电桥工作在非平衡态下，可测量任一桥臂上的物理量变化。
实际生产技术中，往往有些待测量准确度要求不是很高，但需要连续快捷的测量。
如：铁路桥梁的应力检测、产品质量检测及待测量的变化量中。
尤其在传感器技术越来越广泛应用于各种非电学量测量情况下，智能检测和自动控制系统中，直流非平衡电桥就显示出了优势，这时电桥中某一个或几个桥臂，往往是具有一定功能的传感元件，这些元件的电阻值随待测物理量（如温度、压力）的变化而相应改变，电桥处于非平衡状态。
利用非平衡电桥可以很快连续测量这些传感元件电阻的变化，由此获得这些物理量变化的信息。
本实验就是利用直流非平衡电桥的特点设计一款数字温度计。
直流非平衡电桥实验报告
一、实验目的1. 了解直流非平衡电桥的原理和组成。
2. 掌握直流非平衡电桥的使用方法。
3. 通过实验验证直流非平衡电桥的测量原理。
4. 提高对电桥电路分析和故障排查的能力。
二、实验原理直流非平衡电桥是一种测量电阻、电容、电感等参数的电路。
它由四个电阻组成，其中两个电阻作为电桥的臂，另外两个电阻作为测量臂。
当电桥达到平衡状态时，测量臂上的电压为零，此时可以通过测量测量臂上的电阻值来得到被测电阻的值。
三、实验仪器与设备1. 直流稳压电源2. 数字多用表3. 非平衡电桥4. 标准电阻5. 连接线四、实验步骤1. 按照电路图连接直流非平衡电桥，确保电路连接正确。
2. 将标准电阻接入电桥的测量臂，调整电桥的平衡旋钮，使电桥达到平衡状态。
3. 记录此时测量臂上的电阻值。
4. 将被测电阻接入电桥的测量臂，再次调整电桥的平衡旋钮，使电桥达到平衡状态。
5. 记录此时测量臂上的电阻值。
6. 根据测量数据，计算被测电阻的值。
7. 对实验结果进行分析和讨论。
五、实验数据与结果1. 标准电阻值：R0 = 100Ω2. 第一次测量数据：R1 = 101Ω，电压U1 = 0.5V3. 第二次测量数据：R2 = 99Ω，电压U2 = 0.5V六、实验结果分析通过实验，我们得到了以下结论：1. 直流非平衡电桥可以有效地测量电阻值。
2. 实验过程中，电桥的平衡状态可以通过调整平衡旋钮来实现。
3. 实验结果与理论计算值基本一致，说明实验结果可靠。
七、实验讨论1. 实验过程中，由于电桥的平衡旋钮调整幅度较小，可能导致测量误差较大。
2. 在实际应用中，直流非平衡电桥可以应用于电阻、电容、电感等参数的测量。
3. 为了提高实验精度，可以采用高精度的电阻和电压表。
八、实验总结本次实验成功地验证了直流非平衡电桥的测量原理，通过实验我们掌握了直流非平衡电桥的使用方法，提高了对电桥电路分析和故障排查的能力。
在实验过程中，我们发现了实验误差和不足之处，为今后的实验提供了借鉴和改进的方向。
非平衡直流电桥数据处理参考
非平衡直流电桥数据处理参考注意：1.关于图解法要求，请参考书本P19-20。
2.计算过程要代入数据，不可直接给出结果。
符号约定：预调平衡时铜电阻的电阻值：R 0 AC 点间的电压：Ｕs BD 点间的电压：U 0电阻/温度的斜率：k 待测铜电阻阻值：R一、卧式电桥数据处理：注：00(14/)s R R U U =⨯+，其中R 0=53.72Ω U s =1.30V1、用坐标纸作图注：极限误差(在不超过其测量精度的情况下，取坐标纸上最小格所代表的物理量的一半)Cm t ︒=∆5.00.1R m ∆=Ω2、先从拟合线上面取两点数据，再计算斜率及斜率的不确定度：())(18.0,54.2,11=R t ，())(61.0,62.0,22=R t （注：不可取测量的数据点）()C t t t ︒=-=-=∆0.430.180.6112 ()Ω=-=-=∆8.72.540.6212R R R0.50.41t m u C===︒0.10.082R m u C===︒7.80.18(/)43.0R k C t∆===Ω︒∆因此电阻和温度的关系即为：0'0.18R R t=+⨯（注'0R 为t=0C ︒时的电阻值）把()22,R t 代入上式得： ()Ω=0.51'0R 则k 的相对误差为：1.4%k E ===所以：0.18 1.4%0.0025(/)k k u k E C ==⨯=Ω︒3、计算电阻温度系数及其相对误差电阻温度系数：()1000.180.0035''51.0R k C R tR α-∆====︒∆电阻温度系数的不确定度为：()100.00250.000050.0001'51.0k u u C R α-===≈︒总结：()10.00350.0001 (P0.683)0.0001E 2.9%0.0035u Cu αααααα-⎧=±=±︒=⎪⎨===⎪⎩二、 立式电桥数据处理 （略，方法同上，要求用立式电桥计算出电阻温度系数及其不确定度）三、讨论：A 、谈谈你对本实验的理解。
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 1414U I I R R ==+ 1则4R 上之电压降为：4BC S 14R U U R R =•+ 2同理3R 上的电压降为：3DC S23R U U R R =•+3输出电压0U 为BC U 与DC U 之差()()340BC DC S S14232413S1423()R R U U U U U R R R R R R R R U R R R R =-=-++-=++ 4当满足条件1324R R R R = 时,电桥输出00U = ,即电桥处于平衡状态.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,称为预调平衡.这样可使输出只与某一臂电阻变化有关.若123, , R R R 固定,4R 为待测电阻4x R R =,则当44R R R →+∆ 时,因电桥不平衡而产生的电压输出为：()242130S 142323()()R R R R R R U U R R R R R R R +∆-=+++∆+ 5当12R R R '==,34R R R ==,且R R '≠电阻增量R ∆较小时,即满足r R R ∆<< 时,公式的分母中含R ∆项可略去,公式可得以简化,各种电桥的输出电压公式为： 02()RR RU R R R'∆='+6注意：上式中的R 和其R '均为预调平衡后的电阻.十分清楚,当满足r R R ∆<<时,测量得到电压输出与/R R ∆成线性比例关系,通过上述公式运算得/R R ∆或R ∆ ,从而求得44R R R =±∆或X X R R R =±∆.2．用非平衡电桥测热敏电阻本实验采用51MF k 7.2Ω型半导体热敏电阻进行测量.该电阻是由一些过渡金属氧化物主要用Fe ,Ni ,Co ,Mn 等氧化物在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成,具有P 型半导体的特性,对于一般半导体材料,电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度,而迁移率随温度的变化相对来说可以忽略.但上述过渡金属氧化物则有所不同,在室温范围内基本上已全部电离,即载流子浓度基本上与温度无关,此时主要考虑迁移率与温度的关系.随着温度升高,迁移率增加,电阻率下降,故这类金属氧化物半导体是一种具有负温度系数的热敏电阻元件,其电阻-温度特性见表 6.根据理论分析,其电阻-温度特性的数学表达式通常可表示为t 25n 11exp[()]298R R B T =-式中,25t R R ， 分别为C 25︒和°C t 时热敏电阻的电阻值；273T t =+；n B 为材料常数,制作时不同的处理方法其值不同.对于确定的热敏电阻,可以由实验测得的电阻-温度曲线求得.我们也可以把上式写成比较简单的表达式t 00E BU KTTR R eR e==因此,热敏电阻之阻值t R 与t 为指数关系,是一种典型的非线性电阻.式中298t 25BU R R e -= .k 为玻尔兹曼常数231.380610k -=⨯焦耳/开尔文.实验内容及方法1. 非平衡直流电桥实验内容及方法：FQJ 型非平衡直流电桥之三个桥臂a b , R R 及c R ,其中a b R R =由同轴双层同步变化的电阻盘Ω++++⨯)1.01101001000(10电阻箱组成,c R 则由10(100010010⨯+++10.10.01)++Ω电阻箱组成,调节范围在Ωk 1110.11~0内,负载电阻gR '由1个Ωk 10的多圈电位器粗调和1个Ω100多圈电位器细调串联而成,可在Ωk 1.10范围内调节.数字电压表量程mV 200.功率1为mA 20,采样电阻S 10R =Ω,用于测量Ω<k 1的较小电阻.功率2为A 200μ ,采样电阻S 1k ΩR =,用于测量Ω>k 1电阻.电压输出时,允许X R 变化率向上变化达到%100,向下变化为%70.2. 非平衡电桥电压输出形式测电阻 1C 2a 3b R R R R R R ===、、,测量范围：111.111k ΩΩ～.① 确定各桥臂电阻.使a c 1k ΩR R R ===,b 2k ΩR R '==左右供参考,可自己另行设计② 预调平衡,将待测电阻4R 接至X R ,功能、电压转换开关转至“电压”输出,按下, G B 微调C R 使电压输出00U = .③ 改变4R ,记录R ∆理论值,并记下相应的电压变化值g U ∆ .根据6计算出R ∆的实验值,其中S 1.3V U = .④ 计算出实验值和理论值的相对误差E . 3. 测量铜电阻配用FQJ 非平衡电桥加热装置 1非平衡电桥电压输出形式测量铜电阻① 确定各桥臂电阻值.设定室温时之铜电阻值为0R 查表使340R R R R ===选择1250R R R '===Ω供参考,可自行设计② 预调平衡,将待测电阻接至X R ,123050, R R R R ==Ω=,功能转换开关转至电压输出,, G B 按钮按下,微调1R 使电压00U =③ 开始升温,每C 5︒测量1个点,同时读取温度t 和输出0()U t ,连续升温,分别将温度及电压值记录入表1.表 1 温度和电压记录表数据处理：根据6式求出各点之()R t ∆和()R t 值,用最小二乘法求C 0︒时的电阻值0R 和α,计算α的不确定度.4. 热敏电阻的测量1采用非平衡电桥的电压输出测量热敏电阻51MF k 7.2Ω之()R t ,温度范围从室温加热至C 65︒ .① 根据51MF k 7.2Ω之电阻-温度特性研究桥式电路,并设计各桥臂电阻,, R R ',以确保电压输出不会溢出预习时设计计算好.实验时可以先用电阻箱模拟,若不满足要求,立即调整R ' 阻值.② 预调平衡a 根据桥式,预调, R R '.室温时之电阻值为0R .b 将功能转换开关旋至“电压”输出,按下, G B 开关,微调3R 使数字电压表为0.③ 升温,每隔C 5︒测1个点,、利用测量数据按公式6计算得电阻值填入表2.表2 温度和电阻记录表思考题1．测量电阻的原理是什么2．与二端法测试电阻相比,三端法测试电阻有何优点 3．使用双桥测量小电阻时为什么要使12R R = ,如果不相等有何影响4．非平衡电桥在工程中有哪些应用试举一、二例. 5．非平衡电桥之立式桥为什么比卧式桥测量范围大 6．当采用立式桥测量某电阻变化时,如产生电压表溢出现象,应采取什么措施表 5 铜电阻50Cu 的电阻—温度特性C /004280.0︒=α附录二表 6 51MF k 7.2Ω 型热敏电阻的电阻-温度特性供参考其它说明：1. 仪器面板中间桥路图中的“X R ”已在仪器内部与面板右上角的“X R ”、“X1R ”接线柱接通,参见附录四的图2.2. “功能、电压选择”开关中的“平衡”区块有三档电压,供单臂电桥测量时选用.“非平衡”区块也有三档,其中“电压”档表示电桥“桥”上的“g R ”无穷大,不消耗功率；“功率1”测量小电阻时用,采样电阻“S R ”为10Ω,g R '内部线已连通,阻值可调；“功率2”测量大电阻时用,采样电阻“S R ”为1000Ω,g R '内部线已连通,阻值可调.3．功率输出时负载电阻g S g R R R '=+. 4. “电压”、“功率1”、“功率2”三档的工作电压均为.附录四FQJ-2型非平衡直流电桥加热实验装置一、概述2FQJ -型非平衡直流电桥加热实验装置,是专为FQJ 系列非平衡直流电桥在实验过程中配套使用的装置.该装置具有下列特点：1．加热温度可自由设定不超过上限值2．XMT 系列智能双数显调节仪,控温精度高3．装置内配装有铜电阻,热敏电阻,增加了实验内容 4．加热装置电源输入为低电压,并通过变压器隔离,安全可靠5．装置内装有风扇,根据实验的需要,可强制加速降温 6．装置结构新颖,紧凑合理 二．结构和连接：该装置由加热炉及温度控制仪二大部分组成.其结构及连接见下图3.三．使用说明：1、使用前,将温控仪机箱底部的撑架竖起,以便在测试时方便观察及操作.2、实验开始前,应连接好温控仪与加热炉之间的导线,根据实验内容,用导线把“铜电阻”或“热敏电阻”接线柱与FQJ非平衡电桥的“R”端相接.实验装置的加温操作步骤X如下：1温度设定：根据实验温度需要,设定加热温度上限,其方法为：开启温控仪电源,“PV显示屏”显示的温度为环境温度.按“SET”键秒,“PV显示屏”显示“SO”,说明温控仪进入设置状态,这时,“SV显示屏”最低位数字闪烁,表示这一位可以用“上调”或“下调”键调整大小,每按一次“位移”键,闪烁位随即移动一位,即调节位改变,如此,即可把需要上限温度设置好.设置完毕,再按一下“SET”键,设置程序结束.这时“PV显示屏”显示加热炉实时温度,“SV显示屏”显示设置上限温度.温控仪进入“测量”状态.在温度设定时,仪器上“加热选择”开关置于“断”处图3 非平衡直流电桥结构图2加热：根据环境温度和所需升温的上限及升温速度来确定温控仪面板上“加热选择”开关的位置.该开关分为“3,2,1”三档,由“断”位置转到任意一挡,即开始加热,升温的高低及速度以“1”档为最低、最慢,“3”档为最高、最快 ,一般在加热过程中温度升至离设定上限温度C~5︒时,应将加10热档位降低一档,以减小温度过冲.总之：在加热升温时,应根据实际升温需求,选择加热档位；加热档位的选择可参考：环境温度与设定温度上限之间的差距为CC︒时,宜选择20︒30~“2”档；当差距大于C30︒时,宜选择“3”档.由于温度控制受环境温度、仪表调节、加热电流大小等诸多因素的影响,因此实验时需要仔细调节,才能取得温度控制的最佳效3 测量：在加热过程中,根据实验内容,调节FQJ系列非平衡直流电桥,可进行50Cu铜电阻或517.2Ω热敏电阻特性的MFk测量.测量时连接导线的直流电阻估计值为Ω5.0左右4降温：实验过程中或实验完毕,可能需要对加热铜块或加热炉体降温.降温时操作方法如下：将加热铜块及传感器组件升至一定高度并固定,开启温控仪面板中的“风扇开关”使炉体底部的风扇转动,达到使炉体加快降温目的.如要加快加热铜块的降温速度,可断电后将加热铜块提升至加热炉外,并浸入冷水中.注意：放回炉体内时,要先把水擦干四．注意事项：1．实验开始前,所有导线,特别是加热炉与温控仪之间的信号输入线应连接可靠.2．传热铜块与传感器组件,出厂时已由厂家调节好,不得随意拆卸.3．装置在加热时,应注意关闭风扇电源.4．“备用测试口”为一根一端封闭,并插入加热铜块中的空心铜管,供实验时加入介质后测试用.如在空心管中加入变压器油及铜电阻,用44QJ双臂电桥测试铜电阻随着温度变化时的电阻值.5．温控仪机箱后部的电源插座中的熔丝管应选用~1 .5.1A6．实验完毕后,应切断仪器工作电源.由于热敏电阻、铜电阻耐高温的局限,在设定加温的上限值时不允许超过C120︒.。
FQJ型非平衡直流电桥使用说明书
132
4、 加热至温度上限时间：30 min 左右
四、使用说明 使用前，将控制仪器底部的撑架竖起，以便在测试时方便观察及操作。 实验开始前，应连接好温控仪与加热炉之间的导线，根据实验内容，在“铜电阻”或“热敏电 阻”接
图 4 FQJ-1 型非平衡电桥加热实验装置结构及连接示意图
134
表 铜热电阻 Cu50 的电阻一温度特性 α = 0.004280
温度端
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
温度
（℃）
电阻值（ Ω ）
－50 39.24
－40 41.40 41.18 40.97 40.75 40.54 40.32 40.10 39.89 39.67 39.46
－30 43.55 43.34 43.12 42.91 42.69 43.48 42.27 42.05 41.83 41.61
采用“三端”法测量时按图 b，被测电阻的一端接○1 端钮，○2 端钮接被测电阻另一端的有效
测试点，（电压端）○3 端钮可用带鳄鱼钳的连接夹在○2 接线端钮被测电阻的外侧。（电流端）
2、 非平衡电桥
129
FQJ－1 型非平衡直流电桥的三个桥臂 R1 、R2 、R3 及与负载电阻 Rg 对应的 Rg′ 均有 1 个10KΩ 的多圈电位器（用于粗调）、1 个100Ω 多圈电位器（用于细调）和 1 个 20Ω 固定电阻（防止桥臂短 路）串联而成，它们均可在10.1KΩ 范围内调节。
二、FQJ－Ⅱ型非平衡直流电桥
FQJ－Ⅱ型非平衡直流电桥是在 FQJ－1 型非平衡直流电桥基础上发展的，其特点为：
（1）测量范围宽：平衡电桥1Ω ～11.111MΩ 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
E
I g：输出电流、U g : 输出电压
2、非平衡电桥工作原理
设 Rx R1
R4 R2 K 电桥平衡时 R3 R1
B
R1
R2
A
R3
U
C
4
当电阻变化为 Rx R1 R1 时，电桥失去平衡。 实验中所用数字电压表 Rg R1 且令 则有： R1
R
D
E
K Ug E (1 K )(1 K )
数据处理之一
1、研究非平衡电桥特性
R1 () 404.0 408.0 412.0 416.0 420.0
U g (V )
( R1 / R1 )
作
，由图中求出最大非线性误
差 SV 0 和零点灵敏度 D ，与理论值比较。
V4 E
004 4R 3R 2R 1R
gU
gU
E
实验内容之二
2、测量铜电阻的电阻温度系数
在原电路中用铜电阻代替 R1 ，将其 置于加热装置中，在室温下调电桥平衡。 然后加热铜电阻，每隔 5℃记录相应的U g 值 ，共测10个数据。 用作图法和最小二乘法处理数据，进 而求出铜的电阻温度系数 。
操作要点
实验中的4个电阻箱，由于 其仪器误差不一定一致，虽然4 个电阻箱示值一样，但是实际阻 值不一定相同，因此，组成电桥 后，应适当调节 2R ，以使电桥 达到平衡。
U
当 (1 K ) 时
U g U 0与 有
近似的线性关系： K U0 E 2 (1 K ) 设置
U与关系曲线
K R1 R2 R3 R4 R 时， 1。此时则有：
Ug
4 2
E 及
U0
4
E
3、非平衡电桥的工作特性
（1）输出电压灵敏度
数据处理之二
2、测量铜电阻的电阻温度系数
次
数 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
T (℃)
U 0 (V )
用作图法和最小二乘法处理数据，进 而求出铜的电阻温度系数 。
问题思考
本实验采用高内阻电压表测量UR 来确定电阻的变化。试改用电流表测 量IR 来测量电阻的变化。
大学物理实验
直流非平衡电桥
直流非平衡电桥
直流非平衡电桥相对平衡电桥而言，在 工程技术中应用更为广泛，比如有些电阻准 确度要求不高，但需要连续快捷的测量，就 要应用非平衡电桥。由于传感器的广泛应用， 在非平衡电桥中，某一个臂或几个臂可以是 传感元件，其阻值可随某一物理量的变化而 相应改变，用非平衡电桥可以快速连续地测 定其阻值的改变，因此可以得到该物理量的 变化信息，从而完成一定的测量。 本实验即应用非平衡电桥测量金属电阻 的温度系数。
B
R1
R2
A
R3
U
C
4
R
D
E
B
R1
R2
A
U
R3
C
4
设Rx＝R1
Rg：电表内阻
R
D
Rx
R2 R3 E [ R2 R3 R4 R2 Rg ( R3 R4 )]I g R4 E [ R3 R4 ( R2 Rg )( R3 R4 )]I g R2 R3 R4 E [ R2 R3 R4 R2 Rg ( R3 R4 )]U g R4 Rg E [ R3 R4 ( R2 Rg )( R3 R4 )]U g
对于本实验中所用 的金属电阻，在 －50℃～100℃的范围 内， 变化很小，可 视为常量：
Rt R0 (1 t )
Rt : t℃时的阻值 R0 : 0℃时的阻值 :电阻的温度系数
Rt R0 R0t t
因此得到实验公式：
1 U0 E t 4
实验仪器
稳压电源 数字电压表
项目
实验原理 实验内容 数据处理 实验仪器 操作要点 问题思考
实验原理
1、非平衡电桥
调节4个电阻，使 B 、D 两点间等电势，则电桥处于平 衡态。若某一个臂或几个臂是 传感元件，其阻值可随待测物 理量的改变而变化，电桥处于 非平衡态，此时 B 、 之 间 D 电势不相等。电势差的大小反 映了电阻的变化情况。若在两 点间接入电流计，则有电流流 过。测量两点间的不平衡电压 （或电流），即可了解电路中 电阻的变化情况，从而获得待 测物理量的变化。
水银温度计 标准电阻箱（4个）
铜电阻样品
加热装置
实验内Hale Waihona Puke 之一1、研究非平衡电桥特性
B
R1
自组电桥
R2
取E 4V
取 4.0、.0、 8
R1 R2 R3 R4 400
C
A
R3
U
D
4
R
R1
12.0、 .0、 .0 16 20
记录各阻值下所对应的不 平衡电压，作 图。
实验电路
定义 U SV
0时
零点电压灵敏度：
SV 0
KE (1 K ) 2
K 1 时的极值
SV 0
E 4
（2）非线性误差
定义
D
U g U0 Ug
当K 1 时
D
2
4、金属电阻温度系数 对于多数金属电 阻，随温度的升高阻 值增加，在一定的温 度范围内，二者的关 系为：