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(guò)它可以測(cè)量一些變化的非電量。這就把電橋的應(yīng)用范圍擴(kuò)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(cè)量方法差別很大。平衡電橋是調(diào)節(jié)R3使I0=0,從而得到：R=(R1/R2)R3非平衡電橋則市使R1,R2,R3不變，RX變化則U0變化。在根據(jù)U0與Rx的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)的U0變化從而測(cè)得Rx，由于可以檢測(cè)連續(xù)變化的U0（平路電壓），所以可以檢測(cè)連續(xù)變化的

2、Rx，進(jìn)而可以檢測(cè)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(kāi)路后接高內(nèi)阻數(shù)字電壓表，這時(shí) 稱為電壓輸出下面分析一下輸出電壓與被冊(cè)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圖的二端口網(wǎng)絡(luò)非平衡電橋U0=(Rx/(R1+R2)-R3/(R2+R3)Rl/(R1+R2)E (1)其中電壓輸出的情況RL ，所以有U0=（Rx/(R1+R2)-R3/(R2+R1)）令Rx=Rx0+R，Rx為被測(cè)電阻，Rx0其初始值，R為電阻變化量，整理后（2）式變?yōu)閁0=(1/（R1+RX0）2)E(三)利用熱敏電阻測(cè)溫度熱敏電阻是具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，電阻值隨溫度升

3、高而迅速下降，這是因?yàn)闊崦綦娮栌梢恍┙饘傺趸锶鏟eO4 ,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(qiáng)，雖然原子振動(dòng)也會(huì)加劇并阻礙電子的運(yùn)動(dòng)。但這樣作用對(duì)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(huì)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(lái)描述。RT=Ae(B/T)式中：A為常數(shù)，B為材料有關(guān)的常數(shù)，T為絕對(duì)溫度為了求得準(zhǔn)確的，可將上式兩邊取對(duì)數(shù)地：LnRT=LnA+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，常用半導(dǎo)體熱敏電阻的B值約為1500-5000K之間不同的溫度

4、RT有不同的值，電橋的U0也會(huì)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(duì)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)，Rx為熱民電阻，由于只檢測(cè)電橋電壓，故RL開(kāi)路，這時(shí) U0=(R2/(R1+R2)-R3/(R2+R3)E其中Rx=AE(B/T)可見(jiàn)U0是溫度的函數(shù)，將U0在需要測(cè)量 的溫區(qū)中點(diǎn)T1處按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)U0=0.5U0”(T-T1)2+1/n！u0(n)(t-t1)6n式中U01為常數(shù)項(xiàng)，不隨溫度變化，u01(T-T1)為線形項(xiàng),Un代表所有的先行項(xiàng)，他的值越大越好。為此令u0=0，則Un的三次項(xiàng)Un”

5、可看作非線形次，從Un的四次開(kāi)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=+m(t-t1)+n(t-t1)2式中t和t1分別是和對(duì)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，適當(dāng)選取和m的值，可考慮使顯示的毫伏值正好為攝氏溫度值，這時(shí)m=1mv/，為測(cè)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*-1選好R3和R2比值后，根據(jù)熱敏電阻在T1時(shí)的阻值大小，選擇與其值相近的R3值，即可確定的R2值 。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理選合適的熱敏電阻,設(shè)計(jì)的測(cè)量范圍為21-68.

6、根據(jù)前面測(cè)定的數(shù)據(jù)繪制LnRx-1/T曲線,并求得B值.根據(jù)非平衡電橋選擇的和m值，求得R3/R2 ，R3的取值為熱敏電阻在21時(shí)的取值。按以上計(jì)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(cè)量溫度范圍內(nèi)測(cè)量U0和T的關(guān)系并記錄。對(duì)測(cè)得的U0-T關(guān)系作圖并直線擬和，以檢查該溫度測(cè)量系統(tǒng)的線性和誤差。數(shù)據(jù)處理：I294299304309314319324329334339Rx(k15.5913.3711.029.037.336.034.964.183.402.80根據(jù)以上數(shù)據(jù)作LnRx-1/T圖像，求得B值B=R=tan=(Ln7330-Ln6030)/(1/314-1/319)4006.65所以R3/R2=2*B*E/E*(B-2*T1)-2*B*-1=2*4006.65*3/3*(4006.65-2*317)-2*4006.65*0.317-1=2.17T()2224262830U0(mv)479128189250T()3234363840U0(mv)310375461485552