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非平衡电桥与应用.doc

非平衡电桥与应用

tan超chao
2017-10-20 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《非平衡电桥与应用doc》,可适用于工程科技领域

非平衡电桥与应用非平衡电桥与应用::非平衡电桥往往和一些传感元件配合使用(某些传感元件受外界环境(压力、温度、光强等)变化引起其内阻的变化通过非平衡电桥可将阻值转化为电流输出从而达到观察、测量和控制环境变化的目的(本实验所用到的传感元件有:铜电阻、热敏电阻、Pt电阻和光敏电阻等它们的阻值会随着温度或光强的变化而变化(::实验预习::【实验目的】(学习非平衡电桥的工作原理(学习和掌握非平衡电桥的应用(学习一些传感器的工作原理和不同的测量电路(【实验原理】(非平衡电桥的工作原理如图所示在惠斯顿电桥中:E为稳压电源R和R为固定电阻RP为可变电阻Rx为电阻型传感器Uout为电桥输出电压(当Uout=时电桥处于平衡状态此时有()当Uout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()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R会有相应的变化这时电桥平衡被破坏桥路两端的电压U也随之而变由xout于桥路的输出电压Uout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((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)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Pt铂电阻若导线电阻为Ω将会产生的测量误差(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rrr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r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(为了高精度的测量可将电阻测量仪设计成图所示的四线制测量电路(图中I为恒流源r、r、r、r是引线电阻Rx为电阻型传感器V为电压表(因为电压表内阻很大则且因为U=UI(rr)所以MxV由此可见引线电阻将不引入测量误差(【实验仪器】实验接线板控温仪稳压源恒流源数字万用表Zx型旋转式电阻箱传感元件(铂电阻铜电阻热敏电阻和光敏电阻)保温瓶ΩW可变电阻器和精密电阻等((控温仪:,测量精度((恒流源:当负载电阻在一定范围内变化时输出电流保持不变电流稳定度为((稳压源:电压变化范围为,V((铂电阻:本实验选用Pt它被广泛用来测量,,范围的温度(它具有准确度高、灵敏度高、稳定性好等优点(在,范围内近似有Rt=R(At)其中A为正温度系数约为×R为时铂电阻的阻值允许通过的最大电流Im,mA((铜电阻:,,的范围内有Rt=R(AtBtCt)R为时铜电阻的阻值A=×B=,×C=×(在,范围内近似有Rt=R(At)允许通过的最大电流Im,mA((热敏电阻:热敏电阻由半导体材料制成用其可制成半导体温度计主要用来测定,间的温度有RT=RexpB(TT)其中RT和R分别为温度T(K)和T(K)时的电阻值B为热敏电阻的材料常数(本实验选用MF型热敏电阻B=,K时RTkΩ(允许通过的最大电流Im,mA((光敏电阻:允许通过的最大电流Im,mA(【实验内容】在了解实验室所给条件的基础上利用非平衡电桥实现以下设计:(设计制作一铂电阻(Pt)数字温度计测温范围,输出电压范围,mV要求最大误差小于((制作一铜电阻温度计测温范围,输出电压范围,mV要求最大误差小于((制作一热敏电阻温度计测温范围,输出电压范围,mV((利用光敏电阻制作一光强计光强范围,lux输出电压范围,mV(::实验仪器::图六控温仪图七铂电阻热敏电阻图八直流数显稳压电源图九非平衡电桥使用的元件图十Zx型旋转式电阻箱图十一隔离稳压电源和数显电表图十二非平衡电桥加热杯图十二保温瓶::思考题::【注意事项】(每次实验接线后要仔细检查线路(接线要牢固、整齐(水烧开时应注意避免烫伤(设计的参数应与所给元件的允许值相匹配(【思考题】(什么是平衡电桥,什么是非平衡电桥,(对于铂电阻、铜电阻在设计电路时实验中哪些因素会引起输出电压与温度变化的非线性误差,请事先计算出可能引起的测量误差(你准备采取什么措施,(请根据图和图从理论上分析与二线制接线法相比三线制接线法为何能减小测量误差,(万用表内阻是否需要考虑,为什么,(在设计电路时你主要考虑的因素是什么为什么,(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,

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