DOC《实验名称： 直流非平衡电桥的应用》

实验名称: 直流非平衡电桥的应用 ――数字温度计的设计 姓名学号班级桌号同组人 本实验指导教师 实验地点:基础教学1106室 实验日期

20 年月日时段

一、实验目的: 1.

掌握直流非平衡电桥的工作原理及与直流平衡电桥的异同;

2. 学习直流非平衡电桥的使用方法;

3. 学习传感器非线性特性的线性化设计 4.用直流非平衡电桥设计一款数字温度计.

二、实验仪器与器件:

1、DHQJ-1型非平衡电桥、导线若干;

2、DHW-1型温度传感实验装置(铜电阻、热敏电阻);

三、实验原理: 1.直流平衡电桥、直流非平衡电桥 直流电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥(非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥).平衡电桥需要工作在平衡态下,可以准确测量未知电阻(如单臂电桥),测量精度很高.但平衡的调节要求严格,需要耗费一定的时间.非平衡电桥工作在非平衡态下,可测量任一桥臂上的物理量变化.实际生产技术中,往往有些待测量准确度要求不是很高,但需要连续快捷的测量.如:铁路桥梁的应力检测、产品质量检测及待测量的变化量中.尤其在传感器技术越来越广泛应用于各种非电学量测量情况下,智能检测和自动控制系统中,直流非平衡电桥就显示出了优势,这时电桥中某一个或几个桥臂,往往是具有一定功能的传感元件,这些元件的电阻值随待测物理量(如温度、压力)的变化而相应改变,电桥处于非平衡状态.利用非平衡电桥可以很快连续测量这些传感元件电阻的变化,由此获得这些物理量变化的信息.本实验就是利用直流非平衡电桥的特点设计一款数字温度计. 2.非平衡电桥工作原理 非平衡电桥工作思路:直流非平衡电桥的电路如图1(b)所示,其在构图形式上与平衡电桥如图1(a)相似,但测量方法上有很大差别.平衡电桥的待测电阻是定值电阻,当调节使(平衡的意义), 得到,因此,平衡电桥可以准确地测量电阻.如果将平衡电桥电路中的待测电阻RX换成一个电阻型传感器,在某一条件下,先调整电桥达到平衡,得到此条件下的电阻阻值.然后,当外界条件改变时,传感器阻值会有相应变化,此时,桥臂上的电阻、、保持不变,而变化,这时电桥不再平衡,桥路两端的电压随之而变.即: ,随之变化(不平衡的意义),而的大小反映了电阻的变化情况,这时,如果我们把B、D两点的不平衡电压信号(或电流信号)引出来加以测量【如图1(b)】,就可以根据与的函数关系,通过检测连续变化的就可以检测连续变化的,由此可检测传感器电阻对应的连续变化的非电量.这就是非平衡电桥工作的基本思路. 图1(a)直流平衡电桥 图1(b)直流非平衡电桥 非平衡电桥的桥路形式: 根据直流非平衡电桥桥臂上电阻满足的关系,其桥路有如下几种形式: (1)等臂电桥:电桥的四个桥臂电阻阻值相等.即;

其中是的初始值,对应于电桥平衡状态 (2)卧式电桥也称输出对称电桥:这时电桥的桥臂电阻对称于输出端BD,即,,

但(3)立式电桥也称电源对称电桥:这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称相等即 但(4)比例电桥:这时桥臂电阻成一定的比例关系,即,或,,

K为比例系数.实际上这是一般形式的非平衡电桥. 直流非平衡电桥的输出电压: 当电桥处于非平衡态时,B、D两端电压不为零,即,此时,的大小即为非平衡电桥的输出.按照非平衡电桥的输出接负载的大小不同,输出又可分为两种:一种是负载阻抗相对于桥臂电阻很大,如输入阻抗很高的数字电压表(本实验即为此类)或输入阻抗很大的运算放大电路;