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非平衡电桥的原理和应用
电桥的的基本原理是通过桥式电路来测量电阻,从而得到引起电阻变化的其它物理量,如温度、压力、形变等,桥式电路在检测技术、传感器技术中的应用非常广泛。根据电桥工作时是否平衡来区分,可将电桥分为平衡电桥与非平衡电桥两种。平衡电桥一般用于测量具有相对稳定状态的物理量,(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压输出,从而达到观察、测量和控制环境变化的目的。非平衡电桥在传感技术中已得到广泛应用,非平衡电桥电路是传感技术中的重要组成部分。
【实验目的】
,研究非平衡电桥的电压输出特性。
。
,根据不同被测对象灵活选择不同的桥路形式进行测量。
【实验仪器】
FQJ型非平衡直流电桥、升温加热炉与温度控制器、待测电阻。
【实验原理】

,当调
节R1、R2和R3,使桥的B、D两端电势相等,
这时电桥达到平衡。如果将平衡电桥中的待测电
阻换成电阻型传感器,当外界条件(如温度、压力、
形变等)改变时,传感器阻值会有相应变化,B、
这时电桥处于非平衡状态。D两端电势不再相等,
假设B、D之间有一负载电阻Rg, 非平衡电桥
Ug。如果使R1、R2和R3保持不变,那么Rx变化
时Ug也会发生变化。根据Rx与Ug的函数关系,通过检测桥路的非平衡电压Ug,能反映出桥臂电阻Rx的微小变化,测量外界物理量的变化,这就是非平衡电桥工作的基本原理。当桥臂电阻取不同的值时,电桥可以分为三类:
(1)等臂电桥:R1?R2?R3?Rx?R
(2)输出对称电桥,也称卧式电桥:R1?Rx?R,R2?R3?R?,且R?R?。
(3)电源对称电桥,也称立式电桥:R3?Rx?R,R1?R2?R?,且R?R?。当负载电阻Rg??,即电桥输出处于开路状态时,Ig?0,仅有电压输出并用U0表示,若后面接数字电压或高输入阻抗放大器时即属于此种情况。
根据分压原理,设ABC半桥的电压降为Us,输出电压为U0:
U0?UBC?UDC?RxR3R2Rx?R1R3Us?Us?Us () R1?RxR2?R3R1?RxR2?R3
当满足条件R1R3?R2Rx,电桥输出U0?0,即电桥处于平衡状态,这称为电桥平衡条件。为了测量的准确性,在测量的起始点,电桥必须调到平衡,这称为预调平衡。这样调节可以使电桥的输出只与某一臂的电阻变化有关。
若R1、R2、R3固定,设Rx为温度的函数Rt?R?t??Rx,则当温度从t0?t0??t时,Rx?R0??Rx,因电桥不平衡而产生的电压输出为:
U0?t??R2?Rx?Us () R1?R0??RxR2?R3设电桥的比率R1R2?K,待测桥臂的相对变化为???RxR0,则式()表示为
U0?t??K?Us () 1?K??1?K由式()可知,当待测桥臂的相对变化很小,即???1时,可以认为非平衡