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
