下载
加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 非平衡直流电桥原理与应用

非平衡直流电桥原理与应用.doc

非平衡直流电桥原理与应用

一辈子为君放成痴_
2017-10-13 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《非平衡直流电桥原理与应用doc》,可适用于综合领域

非平衡直流电桥原理与应用(FQJ型非平衡直流电桥)专利产品(专利号:ZLO)杭州精科仪器有限公司非平衡直流电桥的原理和应用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)。它们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非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻根据电桥输出的不平衡电压再进行运算处理从而得到引起电阻变化的其它物理量如温度、压力、形变等。【实验目的】本实验采用FQJ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:、直流单臂电桥(惠斯登电桥)测量电阻的基本原理和操作方法、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、根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法及非平衡电桥功率输出法测电阻、单臂电桥采用“三端”法测量电阻的意义。【实验原理】FQJ型教学用非平衡直流电桥包括单臂直流电桥非平衡直流电桥下面对它们的工作原理分别进行介绍。(一)、单臂电桥(惠斯登电桥)单臂电桥是平衡电桥其原理见图图为FQJ型的单臂电桥部分的接线示意图。ABDRURRR图中:、、、构成一电桥、两端供一恒定桥压、之CSBD间有一检流计当电桥平衡时无电流流过、两点为等电位则:GGU,UBCDCI,II,R,I,RI,II,R,I,R,RR于是有,RR如果R为待测电阻RR为标准比较电阻称其为比率(一般惠K,RRXKK斯登电桥的有、、、、、、等。本电桥的比率可以R任选)。根据待测电阻大小选择K后只要调节使电桥平衡检流计为就可以根据()式得到待测电阻R之值。XRR,,R,K,R()XR(二)非平衡电桥非平衡电桥原理如图所示:BDRUI、之间为一负载电阻只要测量电桥输出、就可得到值Rxggg并求得输出功率。、电桥分类R,R,R,R()等臂电桥:,,R,RR,R,RR,R,R()输出对称电桥(卧式电桥):且,,R,RR,R,RR,R,R()电源对称电桥(立式电桥):且。、电压电桥:R,,I,当负载电阻即电桥输出处于开路状态时仅有电压输出,gg,UU并用表示根据分压原理半桥的电压降为通过、两臂的电流RRABCS为:USI,I,RR()则R上之电压降为:R()U,,UBCSRRR同理上的电压降为:R()U,,UDCSRRUUU输出电压为与之差BCDCRRU,U,U,,U,,UBCDCSSRRRR()(R,R,R,R),,USRR,RRR,R,R,RU,当满足条件时电桥输出即电桥处于平衡状态。()式就称为电桥的平衡条件。为了测量的准确性在测量的起始点电桥必须调至RRR平衡称为预调平衡。这样可使输出只与某一臂电阻变化有关。若、、固R,RRR,R,R定为待测电阻则当时因电桥不平衡而产生的电压x输出为:R,RR,,R,R,RU,,U()S()()RR,RR,R,RR,R,R,R,,R当电阻增量较小时即满足时公式的分母中含项可略去r公式可得以简化,各种电桥的输出电压公式为:URS,U()等臂电桥:(),,RURS,U()卧式电桥:(),,R,,R,R,R()立式电桥:U,,,(),R()RR,RR,R,,Rr注意:上式中的和其均为预调平衡后的电阻。十分清楚当满足,R时,测量得到电压输出与成线性比例关系通过上述公式运算得或,RR,RR从而求得或。R,R,,RR,R,,RXX等臂电桥、卧式电桥输出电压比立式电桥高因此灵敏度也高但立式电桥测量,,RRRR范围大可以通过选择、来扩大测量范围、差距愈大测量范围也愈大。、功率电桥:RUI当有负载电阻时则电桥不仅有电压输出也有电流输出也就是说gggIU有功率输出此种电桥也称为功率桥。可测出和。功率桥可以表示为图(a)。gg应用有源端口网络戴文宁定律等效功率桥可以简化为图(b)所示电路。,,BDRU为之间的开路电压由()式表示图(b)中的是有源一端网络BDBDRr等值支路中的电阻其值等于该网络端的输入电阻参见图(c)R由图(b)可知流经负载电流为g,,R,R,R,RR,R()UR,RBD,,I,,,URgSg,,,,RRRR,RRRRRR,,gR,R,R,R,U,()SR,RR,RRR,R,RRR,R,RR()()()()gRRI,R,R,R,R,,当时则有即gRR,这是功率桥的平衡条件与()式一致也就是说功率输出与电压输出的平衡条件是一致的。BDR最大功率输出时电桥的灵敏度最高。当电桥的负载电阻其值等于该网络gRr端的输入电阻,即阻抗匹配时:R,RR,RR,R,()grRRRR则电桥输出功率最大。此时电桥的输出电流由()式得:UR,R,R,RSI,,()gR,R,(RR)R,R,(RR)输出电压为:UR,R,R,RSU,I,R,,()ggg(RR),(RR),RR当桥臂的电阻臂有增量时我们可以得到三种桥式的电流、电压和功率变IP化。测量时都需要预调平衡平衡时的、、均为电流、电压、功率Ug、gg,R,R,,Rr变化都是相对平衡状态时讲的。同理当电阻增量较小时即满足时不同桥式的三组公式分别为)等臂电桥:(Us,R,I,,gRU,RS,U,,()gRU,R,,S,P,,I,,U,,,,gggRR,,()卧式电桥:U,RS,I,,g,RRRU,RS,U,,()gRU,R,,S,P,,I,,U,,,,ggg,(RR)R,,()立式电桥,Us,R,I,,g,(RR)R,UR,R,RS(),U,,,gR,RR,UR,R,R,,S,P,,I,,U,,,,,gggR,RR,,,I,U,P测得和后很方便可求得功率通过上述相关公式可运算到相应ggg,R的,R和然后运用公式(),R,,R,,RUIIU,R得到后同理可得R,R,,R。X,R,R,,Rr当电阻增量较小时即满足时上面()~()三组公式中的分母含R项可略去。公式得以简化这里从略。【实验仪器】、FQJ型教学用非平衡直流电桥FQJ非平衡电桥加热实验装置、、FB型电阻测试板【实验内容及方法】(一)、用惠斯登电桥测量电阻、二端法测量:电桥接线图如图。a)量程倍率设置:为了提高学生的动手能力电桥的量程倍率可视被测电阻的大小RRRR自行设置方法是:通过面板上的连线和与、两组开关来实现如“”baRRRR倍率由图所示挂空、的孔用导线连接接、盘上打“”,“”ba,R,R,,R其余盘均为如倍率连接孔的、,如“”,b,R,R,,R,,倍率、连接、„„由此可组成下表中分别不“”b同的量程倍率。,表,量程倍率准确度电源电压(V)有效量程(),~,~、、K~KK~KK~Kb、“功能、电压选择”开关置于“平衡()”或平衡“”(可按表所示VV选择)并接通电源。RRRc、按图所示在“”与”之间接上被测电阻,测量盘打到与被测电XXBR阻相应的数字按下、按钮调节使电桥平衡(电流表为)。G,RR,,R,K,RXR、三端法测量单臂电桥采用三端法测量电阻能有效地消除引线电阻带来的测量误差因此采用三端法可进行在线远程电阻的测量。在实验时可用专用的电阻测试板进行模拟测试为了验证二种测量方法的不同致使测量结果不同的比较可先采用二端法测量例如取被测电阻接在电阻测试板(图)的待测电阻端“待测电阻端”与“电桥K,输入端”之间跨接了相当于长度为米远距离的导线(该导线是横截面积为长度千米的铜芯线导线电阻)连接好电桥及电阻测试板毫米r,,接上被测电阻后测试板上的“R”组(中、上)两端钮应短接。电桥的连接按图X(a)将、两端钮短接被测电阻通过“电桥输入端”分别接在、两端钮上。KB根据电阻的大小将功能转换开关转至选定的比率值位置按下、开关G调节测量盘使电桥处于平衡状态(电流表为)并记录测量结果。再进行“三端”法测量接线按图进行被测电阻的一端接端钮端钮接被测电阻另一端的有效测试点端钮可用鳄鱼夹夹在接线端钮被测电阻的外侧电桥操作与上相同。KR、记录各转盘读数之和乘以所得的值即为的值测量精度为求出X,RR,R,,R(,)不确定度最后结果表示为:X,(二)、非平衡直流电桥实验内容及方法R,R及R,其中R,RFQJ型非平衡直流电桥之三个桥臂由同轴双层(同步abcab变化的电阻盘)电阻箱组成则由(),RC电阻箱组成调节范围在(),,R内负载电阻由个的多圈电位器(粗调)和个~K,k,,g多圈电位器(细调)串联而成可在范围内调节。数字电压表量程。K,mV,K,R,,功率为采样电阻用于测量的较小电阻。功率为mAS,K,R,K,采样电阻用于测量电阻。电压输出时卧式电桥和等,AS臂电桥允许待测电阻R变化达到立式电桥允许R变化率向上变化达,RRXXRR到向下变化为。功率输出时允许之变化率大于电压输出时之XX变化率。、非平衡电桥电压输出形式测电阻采用卧式电桥测量:(可自行选取电桥形式),R,R,R,K,a、按图连接确定各桥臂电阻。使左R,Rc,K,ab右(供参考可自己另行设计),b、预调平衡将待测电阻接至功能、电压转换开关转至电压输出按RRXBU,R下、微调使电压输出。GC,R,Uc、改变记录理论值并记下相应的电压变化值。根据()~()RgU,V,R计算出的实验值其中。SEd、计算出实验值和理论值的相对误差。、非平衡电桥功率输出形式测电阻采用立式电桥测量(可自行选取电桥形式)接线如下,R,R,K,a、按图连接确定各桥臂电阻。使R,R,R,K,,R(供参考可自己另行设计)由公式()算出的电桥的负载电阻。g,RRb、调由于电路中设计有采样电阻包含有采样电阻即R,RgSSg,,R,RRR,R,R面板上调节的负载电阻功能转换开关上的“功率”ggSggSR,,为测量小电阻的量程其采样电阻为“功率”位置为测量大电阻的量程S,R,R,K,R,K,其采样电阻。预调。ggSRRC、预调平衡将待测电阻接至功能转换开关转至电压输出接下、GXBU,、微调R使电压输出,RRd、改变记录理论值并记下相应的电压变化值由()、,U,,IggU,V()算出R的实验值其中SEe、计算出实验值理论值的相对误差。、测量铜电阻(配用FQJ非平衡电桥加热装置),,()、用惠斯登电桥(平衡电桥)测量铜电阻Cu的R(T)根据“铜热电阻Cu的电阻~温度特性表”电阻变化情况选择桥臂确定RR将转换开关置于“平BR衡”电压选择(、、)位置按下、开关调节使电桥平衡VVVGR(电流表为)。记录温度和电阻值开始升温每隔测个点记入表C加热范围从室温至。表C(C)温度电阻Rt(,)()、非平衡电桥电压输出形式测量铜电阻a、采用卧式电桥测量RR,R,R,R确定各桥臂电阻值。设定室温时之铜电阻值为(查表)使,R,R,R,,选择(供参考可自行设计)R,R,,,R,RR,预调平衡将待测电阻接至功能转换开关XBU,R转至电压输出、按钮按下微调使电压GU(t)t开始升温每C测量个点同时读取温度和输出,连续升温分别将温度及电压值记录入表。,,表温度()CV(t)mVb、采用立式电桥测量,RR自行设计桥臂电阻、(预习时完成实验前交老师检查)预调平衡步骤与上述相类似。升温测量数据列表。(同上)、数据处理a、平衡电桥,RR为C图由图求出电阻温度系数,,其中时电阻值。作R(t)~tR,,T与理论值相比较求出百分误差并写出表达式。b、非平衡电桥:卧式,R(t)和R(t)根据()式求出各点之值然后作图并用图解法求出R(t)~tCR时的电阻值和电阻温度系数。c、非平衡电桥:立式R,R(t)和R(t)根据()式求出各点之值用最小二乘法求时的电阻值和,C计算的不确定度。,(四)、测量热敏电阻本实验采用型半导体热敏电阻进行测量。K,MFMn,Co,Ni,Fe该电阻是由一些过渡金属氧化物(主要用等氧化物)在一定的烧P结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成具有型半导体的特性对于一般半导体材料电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度而迁移率随温度的变化相对来说可以忽略。但上述过渡金属氧化物则有所不同在室温范围内基本上已全部电离即载流子浓度基本上与温度无关此时主要考虑迁移率与温度的关系。随着温度升高迁移率增加电阻率下降故这类金属氧化物半导体是一种具有负温度系数的热敏电阻元件其电阻温度特性见表。根据理论分析其电阻温度特性的数学表Rt,R,expBn(T,)R,Rt达式通常可表示为式中分别为和C时热敏电阻的电阻值为材料常数制作时不同的处理方法其tCT,tBn,,值不同。对于确定的热敏电阻可以由实验测得的电阻温度曲线求得。我们也可以把上式写成比较简单的表达式EBU,KTT,R,R,e,R,etR因此热敏电阻之阻值与为指数关系是一种典型的非线性电阻。式中ttBU,,,。为玻尔兹曼常数()。R,R,ek,焦耳开尔文kt表铜电阻的电阻温度特性,,CCu温度电阻值(Ω)()l、采用非平衡电桥的电压输出测量热敏电阻之R(t)温度范围从室温加热K,MF至。C,RR()、根据之电阻温度特性研究桥式电路并设计各桥臂电阻K,MF以确保电压输出不会溢出(预习时设计计算好)。实验时可以先用电阻箱模拟若不满,R足要求立即调整阻值。()、预调平衡,RRR根据桥式预调。室温时之电阻值为。,,R将功能转换开关旋至电压输出按下开关微调使数字电压表为。G,B()、升温每隔测个点将测量数据列表。C、采用非平衡电桥功率输出测量之温度从室温加热至。R(t)CK,MF由于功率桥的测量范围比电压输出时的测量范围大得多可用等臂电桥或卧式电桥。,R()选择桥式电路并确定臂电阻。R()根据()式计算。g以上两条在预习时先计算好。()预调平衡,RR按照计算好的值调节。方法可采用下列二种:一是用数字万用表两表棒插gg,,RR入两接线柱再调节粗细旋钮(此时电桥上的G,B按钮不能按下)二是gg,RR利用电桥的平衡桥进行调节先将二端与按二端法用导线连接按平衡桥测gXR(R,R),(R,R)RR,试方法选择好连线、在R打上的计算值gab,R再调节粗细旋钮使电桥平衡再拆掉连接导线。g将待测电阻接到RxRRRR测量室温时的按设计要求调节、、。用数字电压表测量电流时需在电路中设一采样电阻如图所示。为了消Rs,RR,RR除测量误差应该把采样电阻包含在负载电阻中。RsgggS,,,,RR,R,R面板上调节的负载电阻为:gggSR,,功率位置为测量小电阻的其采样电阻为功率位置用来测量大SR,k,R,k,电阻其采样电阻。本实验中由于测量大电阻采样电阻。SS,I(t)~t和,U(t)~t升温每测一个点同时读取一组数据并列Cgg表。表型热敏电阻的电阻温度特性(供参考)K,MF(C)温度,电阻()思考题、测量电阻的原理是什么,、与二端法测试电阻相比三端法测试电阻有何优点,R,R、使用双桥测量小电阻时为什么要使如果不相等有何影响,、非平衡电桥在工程中有哪些应用,试举一、二例。、非平衡电桥之立式桥为什么比卧式桥测量范围大,、当采用立式桥测量某电阻变化时如产生电压表溢出现象应采取什么措施,【附录】单臂电桥三端法测量特点分析在普通的单臂电桥里都采用二端法接入被测电阻因此连接导线电阻、接Rx触点电阻都与被测电阻相串联明显地影响测量结果特别较远距离测量连接导Rx线电阻更大导致测量精度降低。而采用三端法测量将使连接导线电阻接触点电阻r分散到各桥臂、工作电源或检流计等相关支路上去相对减小对测量结果的影Rx响见下图及举例。如用三端法配用测试电阻板进行测量更能说明与二端法不同的地方及利用三端法实现远程测量。,,采用三端接法时当量程倍率为“×”档时设(引线电阻)Rx,,r,,此时R,R,,R,(Rxr)'R,,Rxr,,,,,R'(接线电阻完全被抵消)R,R,r,,如采用二端接法则:R,(Rxr)R,,Rxr,,R,E,,【附录】FQJ型非平衡直流电桥加热实验装置一、概述FQJ型非平衡直流电桥加热实验装置是专为FQJ系列非平衡直流电桥在实验过程中配套使用的装置。该装置具有下列特点:、加热温度可自由设定(不超过上限值)、XMT系列智能双数显调节仪控温精度高、装置内配装有铜电阻热敏电阻增加了实验内容、加热装置电源输入为低电压并通过变压器隔离安全可靠、装置内装有风扇根据实验的需要可强制加速降温、装置结构新颖紧凑合理二、结构和连接该装置由加热炉及温度控制仪二大部分组成。其结构及连接见下图。三、主要技术指标、温度控制范围上限为~CC、温度控制精度,C、最高加热电压(隔离电源)V、加热至温度上限时间左右min四、使用说明,,使用前将温控仪机箱底部的撑架竖起以便在测试时方便观察及操作。实验开始前应连接好温控仪与加热炉之间的导线根据实验内容用导线把“铜R电阻”或“热敏电阻”接线柱与非平衡电桥的“”端相接。实验装置的加温FQJX操作步骤如下:、温度设定:根据实验温度需要设定加热温度上限其方法为:开启温控仪电源“显示屏”显示的温度为环境温度。按“”键“显示屏”显秒PVSETPV示“”说明温控仪进入设置状态这时“显示屏”最低位数字闪烁表示这SOSV一位可以用“上调”或“下调”键调整大小每按一次“位移”键闪烁位随即移动一位即调节位改变如此即可把需要上限温度设置好。设置完毕再按一下“”SET键设置程序结束。这时“显示屏”显示加热炉实时温度“显示屏”显示PVSV设置上限温度。温控仪进入“测量”状态。(在温度设定时仪器上“加热选择”开关置于“断”处)、加热:根据环境温度和所需升温的上限及升温速度来确定温控仪面板上“加热,,选择”开关的位置。该开关分为“”三档由“断”位置转到任意一挡即开始加热升温的高低及速度以“”档为最低、最慢“”档为最高、最快一般在加热过程中温度升至离设定上限温度时应将加热档位降低一档以减小温~C度过冲。总之:在加热升温时应根据实际升温需求选择加热档位加热档位的选择可参考:环境温度与设定温度上限之间的差距为C~C时宜选择“”档当差距大于C时宜选择“”档。由于温度控制受环境温度、仪表调节、加热电,,流大小等诸多因素的影响因此实验时需要仔细调节才能取得温度控制的最佳效果。、测量:在加热过程中根据实验内容调节系列非平衡直流电桥可进FQJ行铜电阻或热敏电阻特性的测量。(测量时连接导线的直流电阻CuK,MF估计值为左右),、降温:实验过程中或实验完毕可能需要对加热铜块或加热炉体降温。降温时操作方法如下:将加热铜块及传感器组件升至一定高度并固定开启温控仪面板中的“风扇开关”使炉体底部的风扇转动达到使炉体加快降温目的。如要加快加热铜块的降温速度可断电后将加热铜块提升至加热炉外并浸入冷水中。(注意:放回炉体内时要先把水擦干)五、注意事项、实验开始前所有导线特别是加热炉与温控仪之间的信号输入线应连接可靠。、传热铜块与传感器组件出厂时已由厂家调节好不得随意拆卸。、装置在加热时应注意关闭风扇电源。、“备用测试口”为一根一端封闭并插入加热铜块中的空心铜管供实验时加入介质后测试用。如在空心管中加入变压器油及铜电阻用双臂电桥测试铜电QJ阻随着温度变化时的电阻值。、温控仪机箱后部的电源插座中的熔丝管应选用。~A、实验完毕后应切断仪器工作电源。~:由于热敏电阻、铜电阻耐高温的局限在设定加温的上限值时不允许超过。,,

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/22

非平衡直流电桥原理与应用

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利