实 验 报 告

姓    名：马学喆   班    级：F0603028    学    号：5060309041   实验成绩：

同组姓名：王雷斌   实验日期：2007/10/27  指导教师：             批阅日期：

非平衡电桥的应用

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：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．

数据处理

原始数据：

铂电阻

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

热敏电阻

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

思考与讨论

误差分析

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。

注意事项

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．

思考题：

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。

 

第二篇：非平衡电桥的原理和应用实验报告