试验七非平衡电桥的应用.PDF
文本预览下载声明
实验七 非平衡电桥的应用
非平衡电桥往往和一些传感元件配合使用.某些传感元件受外界环境(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】
1.学习非平衡电桥的工作原理;
2 .学习和掌握非平衡电桥的应用;
3 .学习一些传感器的工作原理和不同的测量电路.
【实验原理】
1.非平衡电桥的工作原理
如图1 所示,在惠斯顿电桥中:E 为稳压电源,R 和R 为固定电阻,R 为可变电阻,R
1 2 P x
为电阻型传感器,U 为电桥输出电压.当 U = 0 时,电桥处于平衡状态,此时有
out out
R R R R (1)
1 P 2 x
当 U ≠ 0 时,电桥处于不平衡状态,则有
out
R R R R −
U E × 1 P 2 x (2 )
out
R R + R)×((R + )
x p 1 2
在一定条件下,调整电桥达到平衡状态.由(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U 也随之而变,由于桥路的输出电压U 能反映出桥臂电阻的微小变化,因此通过测
out out
量输出电压即可以检测外界条件的变化.这种在非平衡条件下工作的电桥称为非平衡电桥,
图1 电桥的二线制接线电路 图2 电桥的三线制接线电路
- 41 -
这样的测量方法为非电量电测法.
2 .测量电路介绍
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
线制和四线制.采用二线制接法(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,常采用二线制.但如果金属电阻本身的
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2.5 ℃的测量误差.为了消除或减少引线电阻的影响,通常的办法是采
用三线联接法加以处理,如图2 所示.工业热电阻目前大多采用的都是三线制接法.
在三线制接线电路中,传感元件的一端与一根导线相接,另一端同时接两根导线.传
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r ,r ,r 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
1 2 3
很大,可认为流过r2 的电流接近于零.另两根引线分别与电桥的两个相邻臂相连,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 所示的四线制测量电路.图中I为恒流
源,r 、r 、r 、r 是引线电阻,R 为电阻型传感器,V为电压表.因为电压表内阻很大,
1 2 3 4 x
则
I I ,且I ≈0
V M V
因为U = U + I (r + r ),所以
显示全部