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:电桥的使用实验报告
【实验题目】电桥的使用 班级 姓名 学号
教师姓名 上课日期 20xx年 月 日 教室 7教B段 房间 座位号 (以上信息请根据网络选课页面填写完整。) 任课教师签字: 最终成绩:
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【实验题目】电桥的使用 班级 姓名 学号
警示:严禁抄袭,雷同卷均判零分。 2 / 4
【实验题目】电桥的使用 班级 姓名 学号
警示:严禁抄袭,雷同卷均判零分。 3 / 4
【实验题目】电桥的使用 班级 姓名 学号
警示:严禁抄袭,雷同卷均判零分。 4 / 4