电桥灵敏度与线性度比较

闽江学院

本科毕业论文(设计)

题目电桥的灵敏度和线性度比较研究

学生姓名欧爱华

学号 120031001051

系别物理学与电子信息工程系

年级 2003级

专业物理学

指导教师苏启录

职称副教授

完成日期 2006.12.01－2007.5.20

目录

摘要、关键词 (1)

1.引言 (1)

2.惠斯登电桥原理 (2)

3.惠斯登电桥非平衡工作状态下线性度和灵敏度的理论探讨 (4)

3.1单桥 (4)

3.2半桥 (5)

3.3 全桥 (5)

4.惠斯登电桥非平衡工作状态下线性度和灵敏度的实验研究 (6)

4.1单桥实验研究 (6)

4.2半桥实验研究 (9)

4.3全桥实验研究 (14)

4.4总结 (15)

5.结束语 (16)

6.参考文献 (16)

电桥线性度和灵敏度的比较研究

欧爱华

闽江学院物理学与电子信息工程系03级物理教育学号：120031001051

指导老师：苏启录副教授

摘要：灵敏度和线性度是惠斯登电桥的两个重要性能。本文就单桥、半桥、全桥等惠斯登电桥不同桥路形态下的灵敏度和线性度进行比较研究，以便实践中更好地应用惠斯登电桥。

关键词：惠斯登电桥；电阻；灵敏度；线性度

Abstract: The sensitivity and linear are the wheatstone bridge twoimportant performance. This article on Shan Qiao, half bridge, theentire bridge and so on under the wheatstone bridge different bridgeconnection shape sensitivity and linear conducts the comparisonresearch, in order to practices applies the wheatstone bridge well.

Key word: Wheatstone bridge; Resistance; Sensitivity; Linear

1．引言：

电桥的桥路形式多种多样，特性千差万别。总的可以把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。我们所研究的是直流电桥即惠斯登电桥。

惠斯登电桥的原理在许多方面得到广泛应用，比如工业、农业、军事、医学、传感器等方面。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。惠斯登电桥的灵敏度的高低又关系到测量的结果的精确。影响惠斯登电桥的灵敏度的因素又是各种各样的，本文中主要是从桥臂电阻方面研究电桥的灵敏度和线性度。在惠斯登电桥中，我们对三种桥路（即：单桥、半桥

和全桥）进行研究，主要是研究在不同桥臂下电桥的灵敏度和线性度。通过对电桥的线性度和灵敏度的研究，可以更好的把惠斯登电桥特性运用到当代的测量技术中去。

2． 惠斯登电桥原理

电桥是一种可以精确测量电阻的仪器。如图1所示是一个通用的惠斯登电桥。电阻1R ，

2R ，3R ，X R 叫做电桥的四个臂，在C 、D 两端可以接检流计，用以检查它所在的支路有无电流。当无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。平衡时，检流计所在

支路电流为零，则有：

（1）流过1R 和3R 的电流相同（记作1I ），流过2R 和X R 的电流相同（记作2I ）

。 （2）C ，D 两点电位相等，即C U =D U 。因而有1

I 1R =2I 2R ；三个阻值已

知，便可求得第四个电阻。测量时，选择适当的电阻作为1R 和2R ，用一个可变电阻作为3R ，令被测电阻充当X R ，调节3R 使电桥平衡，电阻而且可利用高灵敏度的检流计来测零。当电桥平衡时：

Rx=2

1

R R 3R （1） 当Rx 电桥偏离平衡阻值变化时△Rx 时，电桥可能偏离平衡，C 、D 两点不再等电位。如C 、D 间接毫伏表，则毫伏表电压值为ΔU ；如C 、D 间接电流计，则电流计示值为ΔI 。

平衡监测仪选用电流计时，电桥测量灵敏度为：

I S = X

X

I R R ∆∆ （2）

平衡检测仪表选用毫伏表时，电桥测量灵敏度为：

V S =

X X

U

R R ∆∆ （3） 电桥测量灵敏度反映了电桥平衡监测仪表示值变化对待测电阻阻值相对变化的反映灵敏程度。

电路图1中，根据基尔霍夫定律可得惠斯登电桥测量灵敏度数学表达式为：

I S = X X I

R R ∆∆ =

()212322ab X a X X V R R R R R R R R R ⎛⎫

++++++ ⎪⎝⎭

(4) 其中A R 为电流表内阻。

V S =X X U

R R ∆∆ =

()123222ab X X X V V R R R R R R R R R +++⎛⎫

+++ ⎪⎝⎭

(5) 其中V R 为毫伏表内阻。

令：Rz=1R +2R +3R +X R ，表示桥臂电阻阻值总和；X=

2

X

R R ，表示桥臂电阻

率；K= 2

X

R R + 2X R R +2，表示桥臂电阻比率相关的量。则有：

V S = ab

Z v

V R K R +

（6） I S =

ab

a Z

V KR R + （7）

与电桥灵敏度S 相关的物理量有：电桥端电压Vab 、桥臂电阻阻值总和Rz 、桥臂电阻比率X 、检测仪表的灵敏度和内阻。

本文是通过桥臂电阻阻值总和来研究电桥的灵敏度和线性度。

3. 惠斯登电桥非平衡工作状态下线性度和灵敏度的理论探讨

自组惠斯登电桥原理与惠斯登电桥原理相同。本实验中通过研究在不同桥路