实验报告
科目: 电 路 分 析 基 础
院系: 信 息 科 学 与 工 程 学 院
专业: 物 联 网 工 程
学号: 201320030111
姓名: 任 京 萍
20##年 1月10日
实验一
一、实验目的
1、 掌握交流电桥的平衡条件和测量原理;
2、 学习用交流电桥测量电容,电感及其损耗的方法;
3、 了解交流电桥的平衡原理,掌握调节平衡的方法;
二、实验器材
交流电压源,数字万用表,四个线性电阻,一个电容和一个电感
三、实验内容
电桥电路中,已知Z2=R2,Z3=R3,1/Z1=G+jωC,Z4=RX+jωLX,问在什么条件下电桥平衡?在实际测试中怎样取得平衡?怎样由平衡时各桥臂的电阻、电容测出RX和LX的值。该测试方法主要应用于什么场合?有什么优缺点?四、实验原理:
1、平衡条件:
Z1*Z4=Z2*Z3
也就是说在本题中:
各臂阻抗:
平衡时
2、仿真试验电路
五、仿真图形
六、平衡电桥的应用
一般用于精确测量电阻
如图,假设四个电阻固定,当s闭合时,若满足:“Z3*Z2=Z1*Z4”,即对角的电阻乘积相等,则此时Ucd等于0,就是cd间没有电压。利用这个原理,当等式两边四个量中的一个为未知量的时候,如果调节其余的三个值能使得等式成立,那么用公式就可以得到未知量。但是实际上只要等式两边各有一个可以调节的可变电阻,那么另外两个电阻有一个是定值,则余下的另外一个必然可以得到。用这个原理可以做成电阻测量箱。而这个原理用的就是“电桥”的概念,或者说“平衡电桥”的概念。
七、实验总结与感想
通过对平衡电桥的实验更加加深了对动态电路的计算方法的理解了。测量前一定要先计算好各个电阻和阻抗的大小。
非平衡电桥的应用
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.
1.非平衡电桥的工作原理
如图1所示,在惠斯顿电桥中:为稳压电源,和为固定电阻,为可变电阻,为电阻型传感器,为电桥输出电压.当 时,电桥处于平衡状态,此时有
(1)
当时,电桥处于不平衡状态,则有
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,传感器的阻值会有相应的变化,这时电桥平衡被破坏,桥路两端的电压也随之而变,由
于桥路的输出电压能反映出桥臂电阻的微小变化,因此通过测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,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,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.
Linear Regression:
Y = A + B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A 0.37861 0.17259
B 0.50103 0.00257
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
0.99979 0.26477 18 <0.0001
------------------------------------------------------------
Linear Regression:
Y = A + B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A 99.06951 0.11606
B 0.38839 0.00173
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
0.99984 0.17804 18 <0.0001
------------------------------------------------------------
与上面计算结果相同
Linear Regressio:
Y = A + B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A -3.11306 0.04377
B 3265.33378 14.6359
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
0.99986 0.01153 16 <0.0001
------------------------------------------------------------
对于热敏电阻,有
两边取对数,得
则由热敏电阻lnR~1/T图像可知
数据记录与处理上:
1. 由于公式里面有个电压不在测量数据内,因此,作的泰勒展开,发现展开到第三项时误差在要求范围内,故消去,在展开得到的系数,与标准吻合比较精确。
2. 记录时由于实验条件,并不是在,而是在的时候纪录的数值;在时,的数值也不是精确在或上。这两点再加上实验仪器的耗损,使得数据误差比较大。
1. 每次实验接线后,要仔细检查线路.接线要牢固、整齐;
2. 水烧开时应注意避免烫伤;
3. 设计的参数应与所给元件的允许值相匹配.
1. 什么是平衡电桥?什么是非平衡电桥?
答: 惠斯顿电桥中,当,时,为平衡电桥;当,时,电桥称为非平衡电桥。
2. 实验中的哪些因素会引起输出电压与温度变化的非线性误差?事先计算出误差,你采取什么措施?
答:引线电阻、引线之间的接触电阻、温度上升时的不稳定性和测量的不准确性。应保证引线接触牢固整齐,可用电阻相同的三根导线采用三线制接法,并使导线尽量少。
3. 与二线制接法相比,三线制接法为何能减少实验误差?
答:原理图见实验原理部分。
三线制接法中,,,所以有
而二线制接法中,,所以
由以上两式得,三线制接法比二线制接法引入的误差小。
4. 万用表的内阻是否需要考虑?为什么?
答:不需要。因为万用表内阻很大,通过的电流几乎为0,所以不需考虑。
5. 在设计电路时,你主要考虑的因素是什么?为什么?
答:主要考虑精度。铂电阻阻值较小,所以设计为三线制接法,而热敏电阻本身阻值比较大,可以忽略二线制带来的误差,所以用二线制接法。
6. 从实验结果分析,你认为实验结果达到了你所设计的要求了吗?
答:从结果来讲,我们的数据是比较理想的,计算结果与理论值吻合得比较好,可以说基本达到了设计要求。
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