交流电桥实验
交流电桥是测量交流元件阻抗的一种常用电桥,主要用来精确测量电器的电容量和线圈的电感量,也用于测量频率、损耗等电参量及一些可转换为电参数的非电量。交流元件的电参数主要有电阻、电感、电容等。
交流电桥由直流电桥演化而来。早期的交流电桥曾用音叉振荡器作为交流电源,用类似听筒的器具作为检测仪表。到20世纪60年代,已开发出几十种用于不同目的的桥路,这类测量电桥统称为经典交流电桥,曾广泛应用于科学研究和技术领域。由于受组成桥臂元件的电参数量值和残量的准确度的限制,经典交流电桥的测量准确度不高,60年代以后其应用范围大为缩小。
交流电桥由交流电源供电,两个桥臂提供电压比值或电流比值,用以比较另外两桥臂的阻抗。20世纪50年代出现了利用电磁感应耦合臂供给电压比值或电流比值的交流电桥,称感应耦合比例臂电桥。其测量准确度比经典交流电桥高几个数量级。同时,由于电子技术的发展,大量半导体器件被用于构成桥臂,形成有源电桥。70年代以来,数字技术被引入电磁测量领域,出现了数字电桥,除了使读数数字化外,还使电桥操作自动化并与计算机联合使用。
预备知识
直流电桥的有关知识。如直流电桥的组成、平衡调节方法,单臂直流电桥和双臂直流电桥、电阻测量范围等。
基本要求
1、掌握交流电桥平衡原理。
2、掌握交流电桥平衡条件。
3、理解交流电桥的基本构造。
4、熟悉交流电桥平衡的调节方法。
5、分析平衡过程中各桥臂调节的顺序。
6、判断电桥的最佳平衡点。
7、自己接线,组成多种交流电桥,测量电感、电容及损耗。
实验原理
1、交流电桥平衡条件
交流电桥是对比直流电桥的结构而发展出来的,它在测量电路组成上与惠斯通电桥相似,电桥的四个臂,,,通常是复阻抗(可以是电阻、电容、电感或它们的组合),间接交流电源,间接交流平衡指示器(毫伏表或示波器等).
电桥平衡时,、两点等电位,由此得到交流电桥的平衡条件:
=
利用交流电桥测量未知阻抗(=),包含二个未知分量,实际上按复阻抗形式给出的平衡条件相当于两个实数平衡条件,电桥平衡时它们应同时得到满足,这意味着要测量,电桥各臂阻抗参数至少要有两个可调,而且各臂必须按电桥的两个平衡条件作适当配置.
2、桥臂配置和可调参数选取的基本原则
在多数交流电桥中,为了使线路结构简单和实现“分别读数”(即电桥的两个可调参数分别只与被测阻抗的一个分量有单值的函数关系),常把电桥的两个臂设计成纯电阻(统称为辅助臂),这样,除被测外只剩一个臂具有复阻抗性质,此臂由标准电抗元件(标准电感或标准电容)与一个可调电阻适当组合而成(称为比较臂),在这样的条件下,由交流电桥的平衡条件得到桥臂配置和可调参数选取的基本原则.
(1)当比较臂与被测臂阻抗性质相同(指同为电感性或电容性),二者应放在相邻的桥臂位置上;反之,应放在相对的桥臂位置上.
(2)若取比较臂的两个阻抗分量作可调参数,则当比较臂阻抗分量的联接方式(指串联或并联)与被测臂等效电路的联接方式一致时,二者应放在相邻的桥臂位置;反之,就放在相对的桥臂位置.
(3)当缺乏可调标准电抗元件或需要采用高精度固定电抗元件作为标准量具时,则选取辅助臂和比较臂所含电阻中的两个作为可调参数使电桥趋于平衡.(
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