大学物理实验非平衡电桥课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,直流电桥测量准确，灵敏度高，具有重要的应用价值。按使用的方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是通过平衡调节，把待测电阻与标准电阻进行比较直接得到待测电阻值。如惠斯顿电桥。然平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量。但实际工程上和科学实验中，物理量往往是连续变化的，这些量只能采用非平衡电桥才能测量。它直接测量电桥输出的电压与电流的变化，通过必要的运算处理最终得到电阻值。若在电桥后连接计算机，对电桥输出进行采样处理即可迅速得到实验的数据与结果。,大学物理实验非平衡电桥课件,一、实 验 原 理,一、实 验 原 理,非平衡电桥原理如图,1所示：,在,B、D之间接一,负载电阻R,g,，只要测,量电桥输出,V,g,、,I,g,，,即可得到,R,X,值。,图,1,R,3,R,4,=R,x,R,1,R,2,U,S,C,A,D,B,I,2,I,1,I,4,I,3,I,g,R,g,U,g,非平衡电桥原理如图1所示：图 1R3R4=RxR1R2,1,、电桥分类,（1）等臂电桥：R,1,=R,2,=R,3,=R,4,（,2）输出对称电桥，也称卧式电桥：,R,1,=R,4,=R，R,2,=R,3,=R,，且R,R,（3）电源对称电桥，也称为立式电 桥：R,1,=R,2,=R,R,3,=R,4,=R，且R,R,。,1、电桥分类,2、,输出电压,当负载电阻,R,g,时，I,g,=0，仅有电压输出，用U,0,表示。,当,R,1,R,2,=R,4,R,3,时，则电桥输出电压,U,0,=0，此时电桥处于平衡,状态。,为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至,平衡，称为预调平衡。,这样可使输出只与某一臂的电阻变化,有关。,若,R,1,、,R,2,、,R,3,固定，,R,4,为温度之函数,R,t,=R(t)=R,x,，则当温,度从,t,0,t,0,+t时，R,4,R,4,+R，若电阻变化很小，即RR,i,（,Ri是电压输出端指向电路内部的输入阻抗），则输出电压为：,2、输出电压,此时可得三种桥式的输出为,（,1）等臂电桥,（2）卧式电桥,（3）立式电桥,测量得到电压输出后，通过上述公式运算得到,R(t)/R或,R(t)，从而求得R(t)=R+,R(t)。,等臂电桥、卧式电桥输出电压比立式电桥高，因此灵敏度也高，但立式电桥测量范围大。,此时可得三种桥式的输出为,3、输出功率,当负载电阻,R,g,较小时，则电桥不仅有电压输出,U,g,，也有电流,I,g,，也就是说有功率输出，此种电桥也,称为功率桥。有必要求出,I,g,和,U,g,。当,R,1,/R,2,=R,3,/R,4,时，,功率桥达到平衡。当电桥的负载电阻,R,g,等于输出电抗,（电路内阻）即阻抗匹配时,则电桥输出功率最大。此时电桥输出电流为：,输出电压为：,3、输出功率,当桥臂,R,4,的电阻有增量,R,4,时，我们可以得三种,桥式的电流、电压和功率变化。测量时都需要预调平,衡，平衡时之,I,g,、,V,g,、,P,g,均为,0，（,电流、电压、功,率变化都是相对于平衡状态时讲的）。,当电阻增量,R较小时，即满足RR,i,时，则不同桥,式的三组公式分别为：,（,1）等臂电桥,当桥臂R4的电阻有增量R4时，我们可以得三,（,2）,卧式电桥,（,3）,立式电桥,（2）卧式电桥,由以上公式可知，当,RR,i,时，三种桥式的电,流、电压变化均与电阻变化率成线性比例。这对于测,量处理十分方便。,测量得到,I,g,和U,g,后，再通过上述相关公式运,算得到相应的,R,i,（,t）和R,u,（,t），然后运用公式,得到,R（t）后，同理可得到R（t）=R+R（t），若,采用功率表达式，则可直接运算得到R（t）。如果,先计算得到,P,g,，则可直接从,P,g,得到,R（t）。,由以上公式可知，当RRi 时，三种桥,二、实 验 仪 器,二、实 验 仪 器,（一）,FQJ-1型非平衡直流电桥,FQJ-1型非平,衡直流电桥包含一,个简易的惠斯顿电,桥和一个非平衡电,桥。平衡电桥及,其比率K值和非平,衡电桥及其电压输,出或功率输出，均可以通过功能转换开关来实现,。,（一）FQJ-1型非平衡直流电桥,R,1,R,2,R,3,R,4,R,g,mA,A,mv,G,B,平衡电桥测量盘,平 衡,非平衡,100,10,1,0.,1,k,A ：,FQJ-1型非平衡直流电桥表面结构,平衡电桥,转换开关,电流显示,电压显示,四臂电阻调节,四臂电阻,开关,R1R2R3R4RgmA AmvGB 平衡电桥测量盘平,B：,温度控制器及使用,1、温度的设定：,“,设定调节,”,旋钮，,将所需的温度设定好后，将转换,开关打向测量位置。在温度设定,时，仪器上的,“,加热选择,”,开关打,在,“,断,”,处。,2、仪器面板上的加热选择开关分为,“,1、2、3,”,三档，加热速度依次,递增，使用时，可根据升温速度,及环境温度的高低进行适当的选,择。当开关由,“,断,”,打向,1,3任意,一档时，加热指示灯亮，两只加热炉的其中一只开始加热，可根据需要左右任选。,3、加热一定时间后，温度逐渐达到设定值，如不能达到或超过设定值，应小幅度的调节,“,PID调节,”,旋钮，必要时，须反复多次调节，直至符合要求。,4、升温温度高于设定值，,“,PID调节,”,向,“,一,”,方向调节，反之，升温温度达不到设定值，,“,PID调节,”,向,“,十,”,方向调节。但调节,量必须是小幅度。,温度调节,调节转换,加热开关,手动调节,B：温度控制器及使用1、温度的设定：“设定调节”旋钮，温度调,2个升温炉可以交替升温，节省冷却时间。加热时炉转换开关方向,相应打向左方或右方，该方向的指示灯亮。加热一定时间后，温度逐渐达到设值。,升温加热炉之温度由温度控制器控制。,C:,升温加热炉,炉胆中有一个热容量较大的铜板。铜板、温度传感器及待测电阻紧密接触以保证温度一致并不易波动。,加热时将传热铜块及传感器组件放入该加热炉中即可。,2个升温炉可以交替升温，节省冷却时间。加热时炉转,表,1,铜热电阻C,U,50的电阻-温度特性,=0.004280,度端,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,温,温度 (,C),电阻值（,）,-50 -40 -30 -20 -10 -0 0 10 20 30,39.2441.40 41.18 40.97 40.75 40.54 40.32 40.10 39.89 39.67 39.46 43.55 43.34 43.12 42.91 42.69 42.48 42.27 42.05 41.83 41.6145.70 45.49 45.27 45.06 44.84 44.63 44.41 44.20 43.98 43.7747.85 47.64 47.42 47.21 46.99 46.78 46.56 46.35 46.13 45.9250.00 49.78 49.57 49.35 49.14 48.92 48.71 48.50 48.28 48.0750.00 50.21 50.43 50.64 50.86 51.07 51.28 51.50 51.81 51.9352.14 52.36 52.57 52.78 53.00 53.21 53.43 53.64 53.86 54.0754.28 54.50 54.71 54.92 55.14 55.35 55.57 55.78 56.00 56.2156.42 56.64 56.85 57.07 57.28 57.49 57.71 57.92 58.14 58.35,D：待测电阻,1、铜电阻C,U,50 这是一线性电阻，具有正的温度系数，具体数值见下表。,表1 铜热电阻CU50的电阻-温度特性 =0.0,温度端,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,温度 (,C),电阻值（,）,40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150,58.56 58.78 58.99 59.20 59.42 59.63 59.85 60.06 60.27 60.4960.70 60.92 61.13 61.34 61.56 61.77 61.93 62.20 62.41 62.6362.84 63.05 63.27 63.48 63.70 63.91 64.12 64.34 64.55 64.7664.98 65.19 65.41 65.62 65.83 66.05 66.26 66.48 66.69 66.9067.12 67.33 67.54 67.76 67.97 68.19 68.40 68.62 68.83 69.0469.26 69.47 69.68 69.90 70.11 70.33 70.54 70.76 70.97 71.1871.40 71.61 71.83 72.04 72.25 72.47 72.68 72.90 73.11 73.3373.54 73.75 73.97 74.18 74.40 74.61 74.83 75.04 75.26 75.4775.68 75.90 76.11 76.33 76.54 76.76 76.97 77.19 77.40 77.6277.83 78.05 78.26 78.48 78.69 78.91 79.12 79.34 79.55 79.7779.98 80.20 80.41 80.63 80.84 81.06 81.27 81.49 81.70 81.9282.13,温度端 0 1 2,2、,热敏电阻,2.7K,MF11 型热敏电阻的电阻-温度特性。,温度,(,C),25,30,35,40,45,50,55,60,65,电阻,(,),2500,2225,1870,1573,1341,1160,1000,868,748,2、热敏电阻2.7K MF11 型热敏电阻的电阻-温度特,三、实 验 内 容,三、实 验 内 容,（一）,用非平衡电桥（卧式电桥）测量铜电阻（,C,U,50的Rt）,1、确定各臂电阻值,设0C时铜电阻之阻值为R,0,（查表），使,R=R,1,=R,4,=R,0,选择,R,=R,2,=R,3,=30,（供参考，可以自己另行设计）。,调节旋纽,粗 细,（一）用非平衡电桥（卧式电桥）测量铜电阻（CU50的Rt）调,2、,预平衡调节,将功能转换开关转至非平衡电桥的电压档，按下开关,G、,B，微调R,1,使电压输出,U,0,=0，此时要接着做两步工作：,A：测量电桥,工作电源U的,数值。（1.3,V左右），见,图。,工作电压测试,2、预平衡调节工作电压测试,B：,转换开关打回平衡电桥端,，采用平衡电桥的方法测,量,R,4,的数值，作为公式的 算电阻,R。,该,步骤就是予平衡调节,预平衡调节,B：转换开关打回平衡电桥端，采用平衡电桥的方法测预平衡调节,3、设定好温度控制器的温度开始升温，每5C测量1个点。同时读取温度t和输出U,0,（,t）。列出数剧表。,测量过程,3、设定好温度控制器的温度开始升温，每5C测量1,电压,V,0,(t),mV,温度,(,C),4、,根据公式 计算出各点的,R(t)与R(t)之值，然后作R(t)-t 图，用图解,法求出0C时的电阻值R（0）和电阻温度系数,。,电压V0(t)mV温度(C)4、根据公式,（,二,）电压电桥对热敏电阻的测量,：,1、定温度的变化范围：室温-65,o,C；,2,、采用卧式电桥设计各臂的电阻的,R，R,1,，以确,保电压输出不会满溢，如果满溢发生，则应重新设定。,3、予调平衡，方法同上，所不同的是R,1,选择接,近热敏电阻在室温时的阻值，然后接上热敏电阻,MF11,（2.7K），将功能开关K打向,“,非平衡电桥,”,一边的电压,档，按下,G。B，调节R,1,电阻的微调，使输出电压为零。,