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实验七非平衡电桥的应用

(压力、温度、
光强等)变化引起其内阻的变化,通过非平衡电桥可将阻值转化为电流输出,从而达到观
察、测量和控制环境变化的目的.
本实验所用到的传感元件有:铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻和光敏电阻等,它们的阻值
会随着温度或光强的变化而变化.
【实验目的】
;
;
.
【实验原理】

如图 1 所示,在惠斯顿电桥中:E为稳压电源,R1和R2为固定电阻,RP为可变电阻,Rx
为电阻型传感器, Uout = 0 时,电桥处于平衡状态,此时有
1 P = 2 RRRR x (1)
当 Uout ≠ 0时,电桥处于不平衡状态,则有
1 P − 2 RRRR x
out EU ×= (2)
( px +×+ RRRR 21 )()
在一定条件下,(1)式可见,此时电桥的平衡状态与电源无关;
当外界条件改变时,传感器的阻值Rx会有相应的变化,这时电桥平衡被破坏,桥路两端的
电压Uout也随之而变,由于桥路的输出电压Uout能反映出桥臂电阻的微小变化,因此通过测
,

图 1 电桥的二线制接线电路图 2 电桥的三线制接线电路
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这样的测量方法为非电量电测法.

如采用电阻式传感器作为被测对象,传感元件的引出线有以下几种方式:二线制、三
(图 1),虽然导线电阻会给测量带来影响,但在测量精度
要求不高、测量仪器与被测传感元件距离较近时,
阻值很小,那末引线的电阻及其变化也就不能忽视,例如对于 Pt100 铂电阻,若导线电阻
为 1 Ω,将会产生 ℃,通常的办法是采
用三线联接法加以处理,如图 2 .
在三线制接线电路中,传感元件的一端与一根导线相接,
感元件在与电桥配合时,与传感元件相接的三根导线粗细要相同,长度要相等,阻值要一
致(图中r1,r2,r3即为引线电阻).其中一根引线与测量仪表连接,由于测量仪表的内阻
很大,,这样引
线电阻对测量就不会造成影响.
为了高精度的测量,可将电阻测量仪设计成图 3
源,r1 、r2、r3 、r4是引线电阻,Rx为电阻型传感器,,
则
V << II M ,且 IV ≈ 0
因为UM = Ux + IV (r2 + r3),所以
U x − VM + rrIU 32 )( U M
Rx == ≈(3)
I x − II VM I M

由此可见,引线电阻将不引入测量误差.
图 3 四线制电阻测量