直流电桥的原理和应用

1 非平衡直流电桥的原理和应用 【背景知识】 直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电桥（开尔文电桥）；非平衡电桥则是通过测量电桥输出（电压、电流、功率等）并进行运算处理，得到待测电阻值。 直流电桥还可用于测量引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等，在检测技术、传感器技术中的应用非常广泛。平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量。 【实验目的】 本实验采用FQ J 型教学用非平衡直流电桥，该仪器集单臂、非平衡电桥于一体，通过本实验能掌握以下内容： (1) 直流单臂电桥（惠斯通电桥）测量电阻的基本原理和操作方法； (2) 非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法； (3) 根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法。 【实验原理】 1.平衡电桥 单臂直流电桥是平衡电桥，又称惠斯通电桥，其电路见图4.4.1。其中1R 、2R 、3R 、4R 构 成 一电桥，A 、C 两 端 加 一恒 定桥压SU，B 、D 之 间 有一检流计 PA，当 电桥平衡时 ，B 、 D 两 点 为等电位 ，PA 中无 电流流过，此 时 有ABADUU，41II ，32II，于是有 3421RRRR  （4.4.1） 2 如果R4 为待测电阻RX，R3 为标准比较电阻，则有 1332XRRRK RR （4.4.2） 其中21 / RRK ，称其为比率（一般惠斯登电桥的K 有001.0、 01.0、 1.0、1、10、100、1000 等。本电桥的比率K 可以任选）。根据待测电阻大小，选择 K 后，只要调节3R ，使电桥平衡，检流计为0 ，就可以根据（4.4.2）式得到待测电阻XR之值。 2 .非平衡电桥 非平衡电桥原理如图 4.4.2 所示：B 、D 之间为一负载电阻gR ，只要测量电桥输出gU 、gI ，就可得到xR值。根据电桥各臂电阻关系可将非平衡电桥分为三类： （1）等臂电桥：4321RRRR； （2）输出对称电桥（卧式电桥）：RRR41，RRR32，且RR； （3）电源对称电桥（立式电桥）：RRR21，RRR43，且RR。 当负载电阻 gR ，即电桥输出处于开路状态时，0gI，仅有电压输出，在此用0U 表示，根据分压原理，ABC 半桥的...