实验11非平衡电桥电压输出特性研究

3．四臂输入时电桥的电压输出特性
在惠斯登电桥电路中，若电桥的四个臂均采用可变电阻，即将两个变化量符号相反的 可变电阻接入相邻桥臂内，而将两个变化量符号相同的可变电阻接入相对桥臂内，这样构 成的电桥电路称为全桥差动电路，如图 3-11-3 所示。
图 3-11-3
全桥输入原理图
对于全桥差动电路，通常采用对称元件，因此有：
3．测定四臂输入时电桥的电压输出特性
（1）按图 3-11-3 测量电路，调节电源电压 U 0 = 6.00V ，调节 R1 、 R2 、 R3 、 R4 各 为 300 Ω , 使电桥平衡。 （2）使 R2 、 R3 每次增加 2 Ω ，而 R1 、 R4 相应每次减少 2 Ω ，测出电桥的相应输出 电压 U AB ，直到每个电阻的最大改变量为 10 Ω 。
R1 = R2 = R3 = R4 = R0 , ∆R3 = ∆R4 = ∆R ,则半桥差动电路输出电压为
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U AB =
电桥的输出电压灵敏度为
U 0 ∆R 2 R0
（3-11-5）
Su =
U0 2 R0
（3-11-6）
可见，半桥差动电路的输出电压灵敏度比单臂输入时的最大电桥电压灵敏度提高了一 倍。
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（3-11-4）
2．双臂输入时电桥的电压输出特性
在惠斯登电桥电路中，若相邻臂内接入两个变化量相同，而变化量符号相反的可变电 阻，这种电桥电路称为半桥差动电路，如图 3-11-2 所示。
图 3-11-2
双臂输入原理图
对于半桥差动电路，若电桥开始是平衡的，则 R1 : R2 = R3 : R4 。在对称情况下，
R1 = R2 = R3 = R4 = R0 , ∆R1 = ∆R2 = ∆R3 = ∆R4 = ∆R
可以证明，全桥差动电路的输出电压为
U AB =
电桥的输出电压灵敏度为
U 0 ∆R R0
（3-11-7）
Su =
U0 R0
（3-11-8）
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【实验内容】
1．测定单臂输入时电桥的电压输出特性
（1）按图 3-11-1 接好测量电路，调节电桥供电电源电压 U 0 = 6.00V 。 （2）调节 R1 = R2 = 300Ω ，即使 K = 1 ，再调节 R3 = R4 = 300Ω ，使电桥平衡，即 使 U AB = 0 。但由于电阻箱存在一定误差，以及接触电阻等因素的影响，此时电桥未必能 平衡，即 U AB ≠ 0 。为此需要微调 R1 或 R2 ，使 U AB = 0 或使检流计指针在“+”方向偏转 最小。调节测量盘测量这一电压，以便对测量数据进行修正。 （3）使 R3 每次增大 2Ω ，测量 U AB 值，直至 R3 增大 10Ω 。
（3-11-3）
由式（3-11-1）可知，当
∆R << 1 时，非平衡电桥的输出电压与 ∆R 成线性关系。由式 R0
（3-11-3）可知，电桥的输出电压灵敏度由选择的电桥比率 K 及供电电源电压决定。如果 电桥供电电压一定，当 K = 1 时，电桥输出电压灵敏度最大，且为
S max =
U0 4 R0
【数据处理】
数据记录参考表格：
R0 =
Ω
U0 =
V
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∆R / Ω
2
4
6
8
10
U AB / mV
（1）在同一直角坐标纸上以 ∆R 为横坐标、 U AB 为纵坐标分别作出单臂输入（K＝1， 0.1，5） 、双臂输入、四臂输入时电桥的电压输出特性图线。 （2）用图解法分别求出在每种情况下电桥的输出电压灵敏度，并与理论输出电压灵敏 度作比较分析。
即为电桥不平衡时的输出电压。
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图 3-11-1
单臂输入原理图
若电桥供电电源的电压为 U 0 ，根据串联电阻分压原理，图 3-11-1 并以电路中 C 点为 零电势参考点，则电桥的输出电压为
U AB = U A − U B
R0 + ∆R R1 = U 0 R + ∆R + R − R + R 4 1 2 0
2．测定双ห้องสมุดไป่ตู้输入电桥的电压输出特性
（ 1 ） 按 图 3-11-2 测 量 电 路 ， 调 节 电 源 电 压 U 0 = 6.00V ， 调 节
R1 = R2 = R3 = R4 = 300Ω ，使电桥平衡。
（2）使 R3 每次增大 2Ω ,，而 R4 相应每次减少 2Ω ,，测出电桥的相应输出电压 U AB ， 直至 R3 、 R4 的最大改变量为 10Ω 。
实验 11
非平衡电桥电压输出特性研究
电桥是将电阻、电容、电感等电参数变化量变换成电压或电流值的一种电路。电桥电 路在检测技术中应用非常广泛。根据激励电源的性质不同，可把电桥分为直流电桥和交流 电桥两种；根据桥臂阻抗性质的不同，可分为电阻电桥、电容电桥和电感电桥三种；根据 电桥工作时是否平衡来区分，可分为平衡电桥和非平衡电桥两种。平衡电桥用于测量电阻、 电容和电感，而非平衡电桥在传感技术和非电量电测技术中广泛用作测量信号的转换。
【实验原理】
1．单臂输入时电桥电压输出特性
图 3-11-1 是惠斯登电桥的基本电路。当电桥平衡时， R1 : R2 = R3 : R4 ，电路中 A、B 两点间的电势差 U AB = 0 ，若此时使一个桥臂的电阻（如 R3 ）增加很小的电阻 ∆R ，即
R3 = R0 + ∆R ，则电桥失去平衡，电路中 A、B 两点间存在一定的电势差 U AB 。该电势差
【预习提要】
（1）什么是非平衡电桥? （2）什么是半桥差动电路? （3）什么是全桥差动电路?
【实验要求】
（1）掌握非平衡电桥的特点。 （2）了解单臂和多臂输入时电桥电压输出特性。
【实验目的】
（1）了解非平衡电桥的工作原理。 （2）研究非平衡电桥的电压输出特性。
【实验器材】
电桥接线板，电阻箱，稳压电源，电压表等。
= R2 ∆R U0 ( R0 + ∆R + R4 )( R1 + R2 ) ∆R U0 R0 (1 + ∆R / R0 + R4 / R0 )(1 + R1 / R2 ) R1 R R ，根据电桥平衡条件， 1 = 0 ，且当 ∆R << R0 时，略去分母中 R2 R2 R4
=
令电桥比率 K =
的微小项
∆R ，有 R0 U AB = KU 0 ∆R (1 + K ) 2 R0
（3-11-1）
若
∆R 不能略去，则式（3-11-1）应为 R0
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U AB =
定义 S u =
∆R / R0 K · U0 1 + K + K (∆R / R0 ) 1 + K
（3-11-2）
U AB 为电桥的输出电压灵敏度，则有 ∆R Su = KU 0 (1 + K ) 2 R0