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非平衡电桥特性的研究.pdf

非平衡电桥特性的研究

14960314
2012-01-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《非平衡电桥特性的研究pdf》,可适用于高等教育领域

©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet 第卷第期年月惠州学院学报(自然科学版)JOURNALOFHUIZHOUUNIVERSITYVolNoDec收稿日期:基金项目:惠州学院教研教改经费资助项目(B)作者简介:李庆春(),男,广东惠州人,惠州学院助理实验师,研究方向为实验室管理和教务管理工作。非平衡电桥特性的研究李庆春,刘俊刁,何婉芬,张 莉(惠州学院 电子科学系,广东 惠州 )  摘 要:对非平衡电桥的灵敏度和非线性误差进行研究,得到了实验结果和理论值一致的结果:对于灵敏度,当K=时灵敏度最高,K越大或越小时灵敏度越低对于非线性误差,则K越大非线性误差越小,K越小非线性误差越大,且非线性误差与输入电阻相对变化量成正比。在应用非平衡电桥进行测量时,若对灵敏度要求较高,而对非线性误差的要求不那么高的情况下,可取K=若要求非线性误差尽量小,而对灵敏度的要求不需要太高的情况下,可取K=。关键词:非平衡电桥灵敏度非线性误差中图分类号:TM  文献标识码:A  文章编号:()传感器技术越来越广泛地应用在非电学量测量和智能检测、自动控制系统中。对于电阻型传感器(如温度、压力等),利用非平衡电桥可以很快连续测量这些传感元件电阻值的变化,从而得到这些物理量(温度、压力)变化的信息。随着各类传感器日新月异的发展,非平衡电桥的应用日益广泛。因此,对非平衡电桥特性进行研究具有重图 非平衡电桥工作原理要意义。 测量原理 非平衡电桥工作原理如图所示,当调节四个电阻使D、B两点电势相等时,电桥处于平衡,有RR=RR=K。如果其中一个桥臂电阻(如R)为传感元件,其阻值随待测物理量(如温度、压力)变化而改变,电桥处于非平衡态,D、B两点的电势差U不为零,U的大小反映了电阻变化情况,测出了U就知道待测物理量(温度、压力)的变化。忽略电源的内阻,非平衡电桥的开路电压为U=UDB=UDCUBC=RXRRXRRRε=RRXRR(RRX)(RR)ε()若采用高内阻的数字电压表接到电桥输出端,则输出电压Ug≈U=RRXRR(RRX)(RR)ε()在测量前将电桥调至平衡,这时RX=R,当电阻改变至RX=R△R时,电桥失去平衡,令δ=△RR,则有Ug=R△R(RR△R)(RR)ε=Kδ(Kδ)(K)δ()©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet 第期李庆春等:非平衡电桥特性的研究从()式可看出不平衡电压与桥臂电阻的相对变化量δ不成线性关系。只有当δν(K)时,Ug=U与δ才有近似的线性关系:U=Kδ(K)ε() 非平衡电桥的灵敏度和非线性误差灵敏度和非线性误差是非平衡电桥的两个重要性能。)灵敏度非平衡电桥的输出电压灵敏度定义为SV=△Ug△δ()()式可用Ugδ来表示,即SV=Ugδ=K(Kδ)ε()从()式可知,灵敏度SV是δ和K的函数。)非线性误差非线性误差定义为D=UgUUg()将()、()式代入()式得:D=δK()从()式看到,非线性误差D也是δ和K的函数。 灵敏度SV和非线性误差D的实验结果与理论值比较 SV和D理论值与δ的关系曲线)取不同K值时灵敏度SV与δ的关系取δ为~,ε为V,由式()得到不同K值时的SV与δ的关系曲线如图所示。图 灵敏度理论值SV与δ的关系曲线··©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet惠州学院学报(自然科学版)年第卷)取不同K值时非线性误差D与δ的关系取与)中相同的δ和K值,由式()得到D与δ的关系曲线如图所示。图 非线性误差理论值D与δ的关系曲线 灵敏度SV和非线性误差D的实验结果)测量不平衡电压Ug与δ的关系采用杭州大华的DHQJ型教学用多功能电桥和ZX型电阻箱测量不平衡电压Ug与δ的关系,为了便于比较电源电压均取V,实验数据列于表、表中。表 各种K值桥臂电阻的取值εVK=RRRΩRΩRΩRXΩ··©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet 第期李庆春等:非平衡电桥特性的研究表 按表参数测得的不平衡电压Ug与δ的关系δUgmVK=K=K=K=K=K=K=)灵敏度实验值SV与δ的关系由表实验数据和式()计算得到灵敏度的实验值SV,列于表中。··©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet惠州学院学报(自然科学版)年第卷表 取不同K值时灵敏度实验值SV与δ的关系δSVVK=K=K=K=K=K=K=由表数据作出灵敏度实验值SV与δ的关系曲线如图所示。图 灵敏度实验值SV与δ的关系曲线··©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet 第期李庆春等:非平衡电桥特性的研究)非线性误差实验值D与δ的关系把表的数据和由()式得到的U值代入()式得到非线性误差实验值D与δ关系,列于表中。表 取不同K值时非线性误差实验值D与δ的关系δDK=K=K=K=K=K=K=由表数据作出非线性误差实验值D与δ关系曲线如图所示。图 非线性误差实验值D与δ关系曲线··©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet惠州学院学报(自然科学版)年第卷 实验结果与理论值比较)从图和图可直观地看出,当电源电压一定时,灵敏度SV的实验结果与理论结果一致:①同样的δ值,K=时灵敏度SV最高,K越大或越小时灵敏度SV越低。②同样的K值,δ为负值时SV大,且|δ|越大,SV越大δ为正值时SV小,且δ越大,SV越小。)从图和图可看到,非线性误差D的实验结果与理论结果也是一致的:①同样的δ值,K越大,非线性误差D越小,K越小,D越大②K一定时,|δ|越大,非线性误差D越大且δ为负值时,D为正值,δ为正值时,D为负值。 结论综合上述结果和分析可得出以下结论:)非平衡电桥的灵敏度SV与K及δ有关,K值对SV的影响较大,δ对SV的影响较小。同样的δ值,K=时灵敏度最高,当K越大或越小时灵敏度越低。)非平衡电桥的非线性误差D与输入电阻相对变化量δ成正比,与K值成反比。K一定时,δ越大,非线性误差D越大同样的δ值,K越大,非线性误差D越小,K越小,非线性误差D越大。在应用非平衡电桥电路进行测量时,可按实际需要根据上述结论选择适当的K值和δ值,以满足测量灵敏度和非线性误差的要求。若对灵敏度要求较高,而对非线性误差的要求不那么高的情况下,可取K=若要求非线性误差尽量小,而对灵敏度的要求不需要太高的情况下,可取K=或更大。参考文献:成正维大学物理实验M北京:高等教育出版社,倪新蕾大学物理实验M广州:华南理工大学出版社,:【责任编辑:吴跃新】ResearchonCharacteristicoftheNonequilibriumBridgeLIQingchun,LIUJundiao,HEWanfen,ZHANGLi(Departmentofelectronicsscience,HuizhouCollege,Huizhou,,GuangdongChina)Abstract:Inthispaper,thesensitivityofthenonequilibriumbridgeandthenonlinearerrorhasbeenstudiedTheexperimentresultsingoodagreementwiththeoreticalanalysisForthesensitivity,whenthevalueofKisone,itisthehighest,otherwiseitwoulddecreaseThenonlinearerrorisinverselyproportionaltothevalueofKandisproportionaltotherelativevariableofinputresistanceThevalueofKchooseissuitableforsituationswhichrequirehighsensitivityanddonothighlydemandaccuracyandchooseissuitableforsituationswhichrequirehighaccuracyanddonothighlydemandsensitivityaswellKeywords:nonequilibriumbridgesensitivitynonlinearerror··

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