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惠斯通电桥测温原理

2010-09-28 10:25阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1830351804

非平衡直流电桥原理与应用
教学目标

•掌握惠斯登电桥测电阻的基本原理和操作方法；
•掌握用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；
•初步掌握非平衡电桥的设计方法。

重点与难点

•重点：掌握非平衡电桥测量电阻的设计方法。
•难点：理解非平衡电桥测量电阻的目的和意义。

实验内容

•惠斯登平衡电桥测Pt100电阻；
•卧式非平衡电桥测Pt100电阻（R1=Rx0，R2=R3，R1¹R3）；
•根据上述测量内容绘制数据表；比较上述两种测量方法误差大小，讨论产生误差的原因。

教学方法

•采用讨论式、提案式教学方法

教学过程设计
一．讨论
1．惠斯登电桥（平衡电桥）测电阻的原理

惠斯登电桥原理图1中，接通电源，调节电桥平衡，即调节电桥四个“臂”R1、R2、R3、Rx，当检流计的指针指零，B、D两点电位相等，则有 ，式中 称为比率。箱式惠斯登电桥的比率有0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000七档。根据待测电阻Rx大小选择K，调节R3使检流计G为零，由 求出待测电阻Rx值。

2．非平衡电桥电压输出测电阻的原理

图2中，非平衡电桥的BD两端接负载电阻为Ro的电压表。该电桥不需要调平衡，只要测量输出电压Uo或电流Io，就可得到Rx值。 当负载电阻Ro®¥（即电桥输出处于开路状态）时，Io=0，电桥输出端接数字电压表或高输入阻抗放大器时属这种情况。

因Io=0，故I1=I4，I2=I3，根据分压原理，输出电压Uo为：

（4-22-3）
由（4-22-3）式看出，当R1R3=R2Rx时，Uo=0，电桥处于平衡，这就是惠斯登电桥。
若R1、R2、R3为固定电阻，Rx为随温度变化的电阻，Rx=R (t)。
设室温t= t0时，Rx= Rx0，当温度t = t0+D t时，Rx = Rx0+DRx，由（4-22-3）式求得电压Uo为：
（4-22-4）
在室温t0时要预调平衡，即调节R1、R2和R3，使R1R3=R2Rx0，则（4-22-4）式变为：
（4-22-5）
若Rx电阻变化很小，DRx<< R1、R2、R3，则（4-22-5）式分母中DRx可以略去，（4-22-5）式变为：
（4-22-6）
下面分三种桥式电路讨论：
① 等臂电桥：R1=R2=R3=Rx0 ，（4-22-6）式变为：
即 （4-22-7）
② 输出对称电桥，也称卧式电桥：R1=Rx0，R2=R3，且R1¹R3，（4-22-6）式变为：
即 （4-22-8）
③ 电源对称电桥，也称为立式电桥：R1=R2，R3=Rx0，且R1¹R3，（4-22-6）式变为：
（4-22-9）
由上三式可以看出，当DRx<< R1、R2、R3时，三种电桥的输出电压Uo均与 成线性关系。
若Rx0、DRx相同情况下，等臂电桥、卧式电桥输出电压Uo比立式电桥输出电压Uo高，故灵敏度也高；而立式电桥测量范围大，可以通过选择R1、R3来扩大测量范围，R1、R3差距越大，Rx测量范围也越大。
测量电压Uo后，计算出DRx，从而求得Rx= Rx0+DRx 。

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