6非平衡直流电桥
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是基于基尔霍夫第二定律，即在一个闭合回路内，电流的代数和为零。
电桥由四个电阻和一个未知元件构成，其中两个
电阻称为已知电阻，另两个电阻称为未知电阻。
电桥中通入一个已知电流，通过调节未知电阻或改变已知电阻的值，使电流从未知电阻的两个端点中
分流，使得电桥中的电流为零。
根据基尔霍夫第二定律，在电桥中的电流
为零时，可以通过测量电桥两侧的电压差来计算未知元件的参数。
1.电阻测量：通过非平衡电桥可以测量未知电阻的值。
在电桥平衡时，可以通过已知电阻与未知电阻的比例关系计算出未知电阻的值。
2.电容测量：非平衡电桥可以用于测量未知电容的值。
在电桥平衡时，通过改变电容器电极间的距离或改变电容量，可以测量未知电容的值。
3.电感测量：非平衡电桥可以用于测量未知电感的值。
在电桥平衡时，通过改变电感器中的铁心长度或改变电感器中的线圈匝数，可以测量未知
电感的值。
4.温度测量：非平衡电桥可以用于测量温度。
通过将温度传感器作为
未知元件接入电桥中，当电桥平衡时，可以测得温度的值。
5.湿度测量：非平衡电桥可以用于测量湿度。
通过将湿度传感器作为
未知元件接入电桥中，当电桥平衡时，可以测得湿度的值。
6.线性变换器：非平衡电桥还可以用于进行线性变换。
通过在电桥中
引入变压器并调节其参数，可以实现信号的线性放大或压缩。
总之，非平衡直流电桥是一种常用的测量电阻、电容、电感等参数的仪器。
它具有精度高、灵敏度好、稳定性强等优点，适用于各种工程领域的测量和控制应用。
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。
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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。
非平衡直流电桥原理与应用实验要求
非平衡直流电桥原理与应用实验要求
【实验内容】
1、根测量电路原理图，搭接非平衡电桥测量电路 ，其中R 1、R
2、R 3用电阻箱设置，Rx 为铂电阻Pt100或铜电阻Cu50（已装在加温筒内）；(要求10分钟内搭接完)
2、记录当时室温温度t 0，用数字万用表测量（或应用公式)1(0t R R x α+=计算）室温下的Pt100或Cu50热电阻的电阻值R x0值，作为下一步预调平衡时调节R 1的参考值；
3、把R 1设置成上步算出的R x0值，看电桥是否处于平衡，不平衡时调节R 1使之处于平衡，并记下电桥平衡时的R 1即R x0值；
4、对热电阻加温。
打开加温控制器，先设置加温最高温度，然后把加温开关打向合适档位
开始对Pt100(或Cu50)热电阻加温（在加温过程中视温度变化快慢可随时改变加温档位），从温度30℃开始，每升高5℃，记录相应的电压表显示的U 0值；（记录表参考如下表一所示）
表一 卧式非平衡电桥测Pt100电阻
●根据测出的U 0值，计算x R ∆和Rx 值填入上面的数据记录表（要求写出有关的计算式）；（课后完成）
5、用坐标纸作图描出R x ~t 图线,，并图解计算求出铂电阻Pt100(或铜电阻Cu50)的温度系数测α ，与理论值C pt 0310010908.3-⨯=α（厂家提供的C pt 0310010850.3-⨯=α ）(或C 031028.4-⨯=铜α)比较计算百分相对误差；（课后完成）
6、思考题做1、2。
非平衡电桥电路的原理
非平衡电桥电路的原理
非平衡电桥电路的工作原理是:
1. 电桥电路包含四个阻抗器R1、R2、R3、R4。
2. 当四个阻抗不平衡时(R1/R2 ≠R3/R4),电桥两臂上的电压不相等,将产生电桥两对角线间的电位差。
3. 这时对角线间会流过电流,其大小与电桥不平衡的程度成正比。
4. 可以通过检测这种不平衡电流来测量未知阻值。
5. 常见的电桥电路有惠斯通电桥、麦克斯韦电桥等。
6. 通过改变电桥中一个或多个阻抗器的阻值,可以将电桥重新平衡。
7. 当电桥再次平衡时(R1/R2 = R3/R4),对角线间不再有电位差和电流。
8. 这样可以通过平衡电桥的方式来间接测量或比较电桥分支中的阻抗大小。
总之,非平衡电桥由于四个阻抗不平衡而产生对角线间电位差和电流,通过调节达到重新平衡,实现电阻的测量或比较。
大学物理实验非平衡电桥
大学物理实验非平衡电桥引言：非平衡电桥是大学物理实验中常用的一种实验方法，用于测量电阻、电容等电路元件的物理参数。
非平衡电桥通过调节电桥电路中的电流或电压，使电桥两侧的电路呈现非平衡状态，从而得到所需测量的物理参数。
本文将介绍非平衡电桥的基本原理、实验步骤以及注意事项。
一、非平衡电桥的基本原理非平衡电桥是基于电桥平衡原理而设计的一种测量电阻、电容等元件物理参数的方法。
电桥平衡是指电桥两侧电路的电压或电流相等，此时电桥处于平衡状态。
当电桥两侧电路存在一定差异时，电桥处于非平衡状态。
非平衡电桥通过调节电桥中的某一参数，例如电流或电压，使电桥非平衡，从而产生电桥的非平衡电压或电流信号，通过测量该信号的大小来获得待测的物理参数。
二、非平衡电桥的实验步骤1. 实验器材准备在进行非平衡电桥实验之前，需要准备一些实验器材，包括电桥、电源、待测元件、标准电阻或电容等。
2. 搭建电桥电路根据实验的要求，选择合适的电桥电路进行搭建。
常见的电桥有维尔斯通电桥、韦氏电桥等，具体搭建步骤可根据电桥的使用说明进行操作。
3. 调节电桥参数根据实验需要，通过调节电桥中的某一参数，使电桥处于非平衡状态。
例如，可以调节电流或电压的大小，或者改变电桥中的元件数值等。
4. 测量非平衡信号在电桥处于非平衡状态时，使用合适的测量仪器（如万用表）测量电桥的非平衡电压或电流信号。
记录测量结果。
5. 计算物理参数根据非平衡信号的测量结果，结合电桥中的已知参数，通过一定的计算方法，如欧姆定律、电容公式等，来计算待测元件的物理参数。
6. 分析实验结果对实验得到的物理参数进行分析，比较其与已知值或理论值的差异，评估实验的准确性和可靠性。
三、注意事项1. 实验前需了解所使用的电桥的原理和操作方法，确保正确、安全地进行实验。
2. 在搭建电桥电路时，注意电路的连接是否正确，电源的电压是否合适。
3. 在调节电桥参数时，小心操作，避免对实验结果产生影响。
4. 测量非平衡信号时，注意选择合适的测量仪器，并进行准确的测量。
《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。
6非平衡直流电桥
R1(Ω)
100.0
100.0
200.0
R2(Ω)
100.0
2ห้องสมุดไป่ตู้0.0
100.0
R3(Ω)
R4(Ω)
2.用卧式非平衡直流电桥电压输出方法测量铜电阻 预调平衡，设置R2=R3=R=30.0Ω（供参考，可以自己另行
设计）。当电压输出U0= 0.0 mV时，测定铜在室温时的电阻 值 R4=R1=R= Ω，t = ℃，Us=1.3 V
非平衡直流电桥
武汉科技学院理学院 物理实验教学中心
实验目的
一. 学习与掌握用单臂直流电桥测量电阻的 基本原理和操作方法。
二. 学习与掌握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。
实验原理
单臂直流电桥平衡时 I g 0 , U B U D
此时有 R1 R4 R2 R3
Rx
R4
U
0
Us 4
R 1 R 1 1 R
2R
实验仪器
FQJ-Ⅲ型教学用非平衡电桥面板示意图
实验内容
（1）用单臂直流电桥测量铜电阻在室温时的电阻， 比率选1:1、1;2、2:1三种；
（2）用卧式非平衡直流电桥电压输出方法测量铜 电阻随温度的变化，计算阻温系数，并写出 函数关系式。
实验步骤
1.单臂直流电桥测量铜在室温时的电阻
R1 R2
R3
k R3
式中 k称为电桥倍率。
卧式非平衡直流电桥：
R2 R3 R, R1 R4 R
当负载电阻 Rg ，电桥输出
处于开路状态，I g 0 ，仅有电压
输出 ，并用U0表示。
若R1、R2 、R3固定， R4为待测电阻， 即R4= Rx，则当Rx= R+∆R，因电桥 不平衡而产生的电压输出为：
非平衡直流电桥实验报告
非平衡直流电桥实验报告实验名称：非平衡直流电桥实验实验目的：1.理解直流电桥的工作原理；2.掌握非平衡直流电桥的测量方法；3.学会使用直流电桥测量未知电阻。
仪器与材料：1.非平衡直流电桥装置；2.电源；3.电阻箱；4.未知电阻；5.导线；6.电压表。
实验原理：直流电桥是一种用电桥原理来测量电阻值的仪器。
在实验中，利用直流电桥装置中的电阻箱和未知电阻建立一个电桥电路，然后通过调整电桥中的电阻值来使电桥平衡，最终测得未知电阻的值。
实验步骤：1.将直流电桥装置连接电源，并调整电源输出电压到适当的值；2.将电阻箱连接到电桥上，设置一个适当的已知电阻；3.将未知电阻连接到电桥上，将电压表连接到示数端口；4.调整电桥中的电阻值，使电桥示数最小；5.记录电压表示数和电桥中的电阻值；6.重复步骤4和5，直到得到稳定的测量值；7.计算未知电阻的值。
实验数据：已知电阻：R1=100Ω电阻箱设定值（Ω）电桥示数电阻箱设定值（Ω）电桥示数50 0 150 0.1600.03 1600.05700.051700.1数据处理与分析：根据实验数据，我们可以得到如下电桥示数与电阻箱设定值的关系表：电阻箱设定值（Ω）电桥示数50 060 0.0370 0.051500.11600.051700.1根据电桥原理，当电桥平衡时，电桥示数为0。
由上表可知，50Ω和150Ω的电阻箱设定值电桥示数均为0，所以未知电阻应在50Ω和150Ω之间。
对于60Ω和70Ω的电阻箱设定值，电桥示数较小但不为0，说明未知电阻值与这两组值相比较接近。
通过计算，可以得到未知电阻的近似值为：60Ω实验总结：本实验通过非平衡直流电桥进行电阻测量，掌握了非平衡直流电桥实验的基本步骤和方法。
实验中注意到电桥示数的变化，并根据示数的变化来预测未知电阻的取值范围。
通过数据处理与分析，得出了未知电阻的近似测量值。
实验结果与预期值较为接近，实验目的达到，实验取得了满意的结果。
非平衡直流电桥实验报告
一、实验目的1. 理解非平衡直流电桥的组成和工作原理。
2. 掌握非平衡直流电桥在实际中的应用。
3. 学习使用外接电阻箱法研究非平衡直流电桥的输出电压与电阻应变量之间的关系。
4. 通过作图分析，研究其线性规律。
二、实验原理非平衡直流电桥是一种测量电阻的精密仪器，它通过比较待测电阻与已知电阻的比值，来测量待测电阻的阻值。
非平衡直流电桥主要由四个电阻组成，分别为R1、R2、Rx和R3，其中Rx为待测电阻。
在非平衡直流电桥中，当四个电阻满足以下条件时，电桥达到平衡状态：\[ \frac{R1}{R2} = \frac{Rx}{R3} \]当电桥不平衡时，通过调节外接电阻箱，使电桥达到平衡状态，此时可以计算出待测电阻Rx的阻值。
三、实验仪器与设备1. 非平衡直流电桥实验装置2. 外接电阻箱3. 检流计4. 电源5. 待测电阻6. 导线四、实验步骤1. 将非平衡直流电桥实验装置连接好，确保各个元件连接正确。
2. 将电源打开，调节电源电压，使电桥达到平衡状态。
3. 使用外接电阻箱调节电阻值，观察检流计指针的变化，直至电桥达到平衡状态。
4. 记录此时外接电阻箱的电阻值，即为待测电阻Rx的阻值。
5. 重复步骤3和4，分别测量不同电阻值的待测电阻，记录数据。
6. 对实验数据进行整理和分析，绘制输出电压与电阻应变量之间的关系图。
五、实验结果与分析根据实验数据，绘制输出电压与电阻应变量之间的关系图如下：（此处插入实验数据绘制的关系图）从图中可以看出，非平衡直流电桥的输出电压与电阻应变量之间呈现出线性关系。
当电阻应变量增加时，输出电压也随之增加，且线性关系良好。
六、实验结论1. 非平衡直流电桥可以有效地测量电阻值，具有较高的测量精度。
2. 外接电阻箱法可以用于调节非平衡直流电桥的平衡状态，从而测量待测电阻的阻值。
3. 非平衡直流电桥在实际中具有广泛的应用，如电阻测量、电路分析等。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意观察各个元件的连接是否正确，确保实验顺利进行。
直流非平衡电桥实验
（11）常用半导体热敏电阻的B 值约为1500～5000K 之间。
②用非平衡电桥进行热敏电阻线性化设计的方法。
在图1中，R 1、R 2、R 3为桥臂测量电阻，具有很小的温度系数，Rx 为热敏电阻，由于只检测电桥的输出电压，故R L 开路，根据（2）式有式中可见U 0是温度T 的函数，将U 0在需要测量的温度范围的中点温度T 1处，按泰勒级数展开（12）其中式中U 01为常数项，不随温度变化。
U 0'（T -T 1）为线性项，U n 代表所有的非线性项，它的值越小越好，为此令 =0，从U n 的三次开始是非线性项， 且数值很小，可以忽略不计。
（12）式中U 0的一阶导数为将代入上式并展开求导可得：U 0的二阶导数为令 =0，可得：TB2Ae )T 2B ()T 2B (R --+=0Un )T (T U U U 10010+-'=+n13n 0(n)210)T (T U n!)T (T U Un -∑∞-''==+121TBX e A R =ER R R Rx R Rx U 31320⋅'⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+='T B X e A R =0U ''E R R R RxR RxU 31320⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=0U ''ET )Ae R (AeBR U 22T B 2TB20⋅+-=''⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⋅+-=''E T )Ae R (Ae BR U 22T B2T B20E Ae )T 2B ()T 2B (R T )Ae R (AeBR TB243T B2TB2⋅⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=2TB R T 2B Ae ⋅+=即也就是 13）根据以上的分析，将（12）线性函数部分改为如下表达式：（非线性部分是系统误差，忽略不计）U 0=λ+m(t-t 1) （14）式中t 和t 1分别T 和T 1对应的摄氏温度，λ为U 0在温度T 1时的值；m 为 U 0' 在温度T 1时的值：（15）（16）③线性化设计的过程如下：根据给定的温度范围确定T 1的值，一般为温度中间值，例如设计一个30.0~50.0℃的数字表，则T 1选313K ，即t 1=40.0℃。
非平衡直流电桥实验报告
非平衡直流电桥实验报告非平衡直流电桥实验报告引言：非平衡直流电桥是一种用于测量电阻、电容、电感等电路元件参数的实验装置。
它通过比较电桥两侧的电势差来判断电路是否平衡，并根据非平衡的程度来计算待测元件的数值。
本实验旨在通过搭建非平衡直流电桥，探究其原理和应用。
实验步骤：1. 准备实验所需材料：直流电源、电阻箱、电流表、电压表、待测元件等。
2. 搭建非平衡直流电桥电路：将电源的正负极连接到电桥的两个对角，电阻箱的两个端子分别连接到电桥的两个相邻节点，待测元件连接到电桥的另外两个相邻节点。
3. 调节电阻箱的阻值，使电桥达到平衡状态：通过调节电阻箱的阻值，使电桥两侧的电势差为零，即电桥平衡。
4. 测量电桥两侧的电压和电流：使用电压表和电流表分别测量电桥两侧的电压和电流数值。
5. 计算待测元件的数值：根据电桥的原理和公式，利用测量到的电压和电流数值，计算待测元件的参数。
实验结果与分析：通过搭建非平衡直流电桥电路，并进行测量和计算，我们得到了如下结果：待测元件的电阻值为100欧姆，电桥两侧的电压为2伏特，电流为0.02安培。
根据电桥的公式，我们可以计算出待测元件的电阻值为100欧姆。
在实验中，我们发现电桥的平衡状态是通过调节电阻箱的阻值来实现的。
当电桥两侧的电势差为零时，电桥达到平衡状态。
而非平衡的程度取决于电桥两侧的电势差大小，即电压和电流的数值。
通过测量和计算，我们可以得到待测元件的参数。
非平衡直流电桥在实际应用中有着广泛的用途。
它可以用于测量电阻、电容、电感等电路元件的参数，帮助我们了解电路的性质和特点。
同时，非平衡直流电桥也可以用于判断电路的故障，例如电阻的断路或短路等问题。
然而，非平衡直流电桥也存在一些局限性。
首先，它对电源的稳定性要求较高，一旦电源波动较大，可能导致电桥无法平衡。
其次，非平衡直流电桥只适用于直流电路，对于交流电路无法进行测量。
此外，电桥的精度也受到仪器和测量误差的影响。
结论：通过本次实验，我们成功搭建了非平衡直流电桥，探究了其原理和应用。
直流非平衡电桥的原理和应用
直流非平衡电桥的原理和应用1. 引言直流非平衡电桥是一种常见的电子测量仪器，它通过比较两个电阻或电压的差异来检测电流或电压的变化。
本文将介绍直流非平衡电桥的基本原理和常见的应用。
2. 原理直流非平衡电桥是基于电桥原理设计的。
电桥是由多个电阻和电压源组成的电路，普通的电桥是基于交流电的测量原理，而直流非平衡电桥则用于直流电的测量。
直流非平衡电桥通常由以下几个主要元件组成： - 电桥电路：包括电源和电阻组成的电桥电路，其中包括两个待测电阻和两个已知电阻。
- 微电流表：用于测量电桥两侧的电压差异。
- 可调电阻：用于调整电桥平衡状态。
当电桥平衡时，微电流表指针不会偏移，即电桥两边的电压差异为零。
如果待测电阻发生变化，电桥将不再平衡，微电流表将显示电压差异大小，通过测量电桥电路的非平衡度，可以得出待测电阻的值。
3. 应用直流非平衡电桥在实际应用中有多种用途，下面介绍其中几个常见的应用场景。
3.1 温度传感器直流非平衡电桥可以作为温度传感器的测量原理之一。
通过将热敏电阻作为待测电阻接入电桥电路中，当温度发生变化时，热敏电阻的电阻值会发生变化，导致电桥不平衡。
通过测量电桥的非平衡度，可以得到温度的变化情况。
3.2 压力传感器直流非平衡电桥也可以用作压力传感器的测量原理之一。
通过将压阻作为待测电阻接入电桥电路中，压阻的电阻值会随压力的变化而变化，导致电桥不平衡。
通过测量电桥的非平衡度，可以得到压力的变化情况。
3.3 流量传感器直流非平衡电桥还可以应用于流量传感器中。
通过将热敏电阻或压阻与流量传感器结合，当流体流过传感器时，流速的变化会导致热敏电阻或压阻的电阻值变化，从而引起电桥不平衡。
通过测量电桥的非平衡度，可以获得流速的变化情况。
3.4 拉力传感器直流非平衡电桥还可用于测量材料或装置的拉力。
通过将拉力传感器连接到电桥电路中，拉力的变化会导致电桥不平衡。
通过测量电桥的非平衡度，可以获得拉力的变化情况。
4. 总结直流非平衡电桥是一种常见的电子测量仪器，基于电桥原理设计。
实验6 用非平衡电桥研究热电阻的温度特性(090923)
实验6 热敏电阻的温度特性测量注意事项：（1） 本实验内容与教材差别较大，实验前请认真阅读实验室提供的讲义和实验牌，以及任课教师的演示讲解。
（2） 先按实验讲义将电路连接好，经教师检查后再开电源。
（3） 完成实验后，先关闭仪器电源，再关总电源。
实验内容：本实验采用直流电阻平衡电桥（QJ23型）、台式数字万用表（MS8050型）、LCR 数字电桥（YB2811型）三种设备，在室温至100℃范围类分别测量铜电阻Cu R 、正温度系数热敏电阻P R 、负温度系数热敏电阻N R 三种电阻的阻值，并作图分析三种电阻的温度特性。
三种电阻的温度由FB203型多档恒流智能控温实验仪控制。
这是本学期中使用仪器设备最多的实验，实验前必须认真阅读讲义和使用说明书，掌握仪器的使用方法。
1．测量不同温度下铜电阻Cu R 、正温度系数热敏电阻P R 、负温度系数热敏电阻N R 的阻值。
从室温至100℃，每隔5℃测一组数据并记录。
升温过程和降温过程各测一组，取平均值作为被测电阻的阻值。
*下标Cu 是铜的化学式，P 代表Positive ，N 代表Negative 。
2．作Cu R 、P R 、N R 随温度的变化关系曲线，温度T 为横坐标。
3．计算Cu R 、P R 、N R 三种电阻的温度系数。
思考题：为什么热敏电阻有对温度高度灵敏的特性？实验仪器使用方法1．QJ23型直流电阻电桥电桥原理如图1，被测铜电阻Cu R 接面板上的x R 端口，取工作电压E =2V ，按下开关B 并锁定，使电桥工作。
轻按开关G ，观察电流计指针的偏转情况，松开G 。
旋转面板上的几个电阻调节旋钮改变C R 值，再轻按G ，观察指针偏转。
如此循环操作，直至按下G 时指针指向零点不动。
此时电桥平衡，Cx Cu R R R ==。
2．MS8050型数字万用表将FB203型多档恒流智能控温实验仪前面板的热敏电阻输出端口接万用表的“COM ”口和“V ΩHz正负极。
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︒.。