非平衡電橋原理應(yīng)用

1、非平衡電橋的原理和應(yīng)用非平衡電橋也稱不平橫電橋或微差電橋。通過它可以測量一些變化的非電量。這就把電橋的應(yīng)用范圍擴展到很多領(lǐng)域。一、目的要求：1掌握非平衡電橋的工作原理以及平衡電橋的異同。2 用非平衡電橋測量熱敏電阻的溫度特性。二、儀器裝置非平橫電橋，毫伏表，熱敏電阻三實驗原理非平衡電橋的原理如右圖，其形式與平衡電橋相似，但測量方法差異很大。IL平衡電橋是調(diào)節(jié) R3使10=0,從而得到：R=R1/R2R3非平衡電橋那么市使 R1,R2,R3不變，RX變化那么U0變化。在根據(jù) U0與Rx的函數(shù)關(guān)系，通過 檢測的U0變化從而測得 Rx,由于可以檢測連續(xù)變化的 U0 平路電壓，所以可以檢測連續(xù) 變化的

2、Rx,進(jìn)而可以檢測連續(xù)變化的非電量。非平衡電橋的橋路形式：2非平衡電橋的輸出非平衡電橋的輸出端開路后接高內(nèi)阻數(shù)字電壓表，這時稱為電壓輸出下面分析一下輸出電壓與被冊電阻的變化關(guān)系根據(jù)戴維南定理，上圖所示的橋路可等效為下列圖的二端口網(wǎng)絡(luò)等效圖nLL1 - 端口網(wǎng)絡(luò)非平衡電橋等效圖U0=(Rx/(R1+R2)-R3/(R2+R3)RI/(R1+R2)E(1)其中電壓輸出的情況 RLt a,所以有U0= (Rx/(R1+R2)-R3/(R2+R1)2)式變?yōu)榱頡x=RxO+A R, Rx為被測電阻，Rx0其初始值， R為電阻變化量，整理后(U0=(1/ (R1+RX0 A2)E(三)利用熱敏電阻測溫度

3、熱敏電阻是具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，電阻值隨溫度升高而迅速下降，這是因為熱敏電阻由一些金屬氧化物如 PeO4 ,MgCrO5等半導(dǎo)體制成，在這些半導(dǎo)體內(nèi)部，自由電子數(shù)目隨溫度的 升高增加的很快，導(dǎo)電能力很快增強，雖然原子振動也會加劇并阻礙電子的運動。但這樣作用對導(dǎo)電性能的影響遠(yuǎn)小于電子被釋放而改變導(dǎo)電性能的作用，所以溫度上升會使電阻下 降。熱敏電阻的電阻溫度特性可以用下述指數(shù)函數(shù)來描述。RT=AeA(B/T)式中：A為常數(shù)，B為材料有關(guān)的常數(shù)，T為絕對溫度為了求得準(zhǔn)確的，可將上式兩邊取對數(shù)地：Ln RT=L nA+B/T選取不同的溫度T,得到相應(yīng)的RT,并繪制Ln-1/T曲線，即可求得A與B,常用

4、半導(dǎo)體熱敏電阻的B值約為1500-5000K之間不同的溫度RT有不同的值，電橋的 U0也會有相應(yīng)的變化，可以根據(jù)U0與T的函數(shù)關(guān)系，顯示和使用不是很方便，需要對熱敏電阻進(jìn)行線化非電橋的線形方法：在圖(1)中，R1，R1，R3為橋臂電阻，具有很小的溫度系數(shù)，R為熱民電阻，由于只檢測電橋電壓，故RL開路，這時U0=(R2/(R1+R2)-R3/(R2+R3)E其中 Rx=AEA(B/T)可見U0是溫度的函數(shù)，將 U0在需要測量 的溫區(qū)中點T1處按泰勒級數(shù)展開T-T1)A2+ 刀 1/n ! u0(n)(t-t1)6An式中U01為常數(shù)項，不隨溫度變化， uO1(T-T1)為線形項，Un代表所有的先

5、行項，他的值越 大越好。為此令 uO=O,貝U Un的三次項Un可看作非線形次，從 Un的四次開始數(shù)值很小。 可以忽略不記根據(jù)以上的分析可推導(dǎo)出如下表達(dá)式U0=入 +m(t-t1)+n(t-t1)A2式中t和t1分別是和對應(yīng)的攝氏溫度，線形由電橋本身決定(約為3v), B的值由熱敏電阻的特性決定，根據(jù)非平衡電橋的顯示表頭，適中選取入和 m的值，可考慮使顯示的毫伏值正好為攝氏溫度值，這時m=1mv/C，入為測溫范圍的中心值T1mV R3和R2的比值由下式求得：R3/R2=2*B*E/E*(B-2*T1)-2*B* 入卜1選好R3和R2比值后，根據(jù)熱敏電阻在 T1時的阻值大小，選擇與其值相近的 R

6、3值，即可確 定的R2值。實驗過程及數(shù)據(jù)處理選適宜的熱敏電阻，設(shè)計的測量范圍為 21 C -68 C .根據(jù)前面測定的數(shù)據(jù)繪制LnRx-1/T曲線,并求得B值.根據(jù)非平衡電橋選擇的入和m值，求得R3/R2 , R3的取值為熱敏電阻在 21 C時的取值。按以上計算的值選取橋壁電阻R1,R2,R3,并保持R1,R2,R3,不變，改變溫度T,電橋輸出U0,再設(shè)定的測量溫度范圍內(nèi)測量U0和T的關(guān)系并記錄。對測得的UO-T關(guān)系作圖并直線擬和，以檢查該溫度測量系統(tǒng)的線性和誤差。 數(shù)據(jù)處理：I294299304309314319324329334339Rx(k根據(jù)以上數(shù)據(jù)作 Ln Rx-1/T圖像，求得B值B=R=tan 0 =(Ln7330-Ln6030(1/314-1/319)所以R3/R2=2*B*E/E*(B-2*T1)-2*B* 入卜1=2*4006.65*3/TC)2224262830U0(mv)479128189250TC)3234363840U0(mv)310375461485552TC)4244464850U0(mv)613673778800850TC)525