直流電橋原理與應(yīng)用第一頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日1．掌握直流電橋測(cè)電阻的工作原理和特點(diǎn)；2．學(xué)會(huì)正確使用直流電橋測(cè)量電阻的方法；3．了解銅電阻和熱敏電阻的電阻～溫度特性；4．學(xué)習(xí)和初步掌握非平衡電橋的設(shè)計(jì)方法；5．利用直流電橋設(shè)計(jì)一些測(cè)量溫度等物理量的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?第二頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日何為平衡電橋？何為非平衡電橋？何為立式電橋？何為臥式電橋？為什么立式橋比臥式橋測(cè)量范圍大？何為電橋的靈敏度？銅電阻的溫度特性是怎樣的？熱敏電阻的溫度特性是怎樣的？調(diào)節(jié)電橋平衡時(shí)，從低位還是從高位旋鈕調(diào)起？G，B開(kāi)關(guān)控制的分別是哪部分電路或部件？Ra、Rb是怎樣結(jié)構(gòu)的電阻箱？課前思考題:第三頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日1、惠斯通電橋原理圖1惠斯通電橋原理圖

圖1是惠斯通電橋的原理圖，R1、R2、R3是三個(gè)可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻，Rx是被測(cè)電阻，G是檢流計(jì)，Us是電源。實(shí)驗(yàn)原理電橋達(dá)到平衡的條件：電橋比率第四頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日2、非平衡電橋原理圖2.非平衡電橋原理實(shí)驗(yàn)原理USR1R2R3R4=RxIgDCBAU0非平衡電橋：由BD間電壓U0測(cè)量Rx可分為兩種形態(tài)：輸出對(duì)稱(chēng)（臥式電橋）電源對(duì)稱(chēng)（立式電橋）第五頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于電壓表而言，其內(nèi)阻Rg很大，可認(rèn)為Rg→∞，有：固定R1、R2、R3,當(dāng)R4隨某非電量x（如溫度、壓力等）變化而變化時(shí)，有R4(x)→R4+ΔR(x)，上式變?yōu)椋?/p>

實(shí)驗(yàn)原理：第六頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于臥式電橋，電橋的輸出電壓為：若電阻變化很大，即?R（x）<<R1+R4不成立時(shí)，實(shí)驗(yàn)原理若電阻變化很小，即?R（x）<<R1+R4第七頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于立式電橋電橋的輸出電壓為：若電阻變化很大，即?R（x）<<R1+R4不成立時(shí)實(shí)驗(yàn)原理：第八頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日3、銅熱電阻特性Cu50型銅電阻：R0為t=0℃時(shí)的電阻值，50歐姆α稱(chēng)為電阻溫度系數(shù)，約為0.43%/℃實(shí)驗(yàn)原理銅熱電阻是通過(guò)金屬在溫度變化時(shí)本身電阻也隨之發(fā)生變化的原理來(lái)測(cè)量溫度的一種傳感器

另一種常用的熱電阻是鉑。優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定；準(zhǔn)確；線(xiàn)性度較好。缺點(diǎn)：電阻變化小；響應(yīng)速度慢；成本較高。第九頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)原理R25為t=25℃時(shí)的電阻值，R0=R25exp(-Bn/298)，Bn為材料常數(shù)，制作時(shí)不同的處理方法其值變不同。熱敏電阻是一種負(fù)電阻溫度系數(shù)的半導(dǎo)體金屬氧化物電阻，是一種典型的非線(xiàn)性電阻。4、熱敏電阻特性?xún)?yōu)點(diǎn)：靈敏度高，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：非線(xiàn)性；溫度范圍有限；自發(fā)熱。第十頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)儀器:FQJ型非平衡直流電橋,溫度控制器,升溫加熱爐.溫控器加熱爐主機(jī)第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日FQJ電橋主機(jī)面板RaRbRc第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日“電壓、功率１、功率２”三檔的電壓均為1.3VG是數(shù)字電表控制開(kāi)關(guān)，B是電橋電源控制開(kāi)關(guān)整個(gè)儀器的核心部分為面板中部的橋式電路，其中 R1、R2、R3可選用本儀器配備的可調(diào)電阻箱Ra、Rb、Rc。其中R1也可以選用內(nèi)部裝有的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)固定電阻：10Ω、100Ω

、1000Ω

。Ra、Rb為兩組同軸電阻箱，用五個(gè)十進(jìn)位旋鈕調(diào)節(jié)，保證Ra=Rb。

第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日注意連線(xiàn)時(shí)不要短接！！第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日平衡：R1=100Ω

，R2(Rb)=1000Ω,R3(Rc)～500Ω10000500000R1RbRc第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日臥式：R2(Ra)=R3(Rb)=50Ω,R1(Rc)～50Ω00500050000RcRaRb第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日立式：R1(Ra)=R2(Rb)=100Ω,R3(Rc)

～2.7KΩRaRbRc71000020000第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日*加溫的上限值不允許超過(guò)100℃

！！

溫度控制器面板（部分）80.019.8最高加熱溫度第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日加熱爐降溫時(shí)可將加熱爐蓋子略微提起一些。扭緊！第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理要求:用平衡電橋測(cè)量Cu50型銅電阻的溫度特性1）連接電路，選擇“K=0.1”（R1=100Ω，R2=1000Ω

），將功能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“平衡電橋”，選擇US=5V檔；2)按下G、B開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)R3(RC)，使電橋達(dá)到平衡，記錄室溫和室溫下電阻值；3）加熱升溫，每隔3℃測(cè)一個(gè)點(diǎn)，記錄電阻值R3和相應(yīng)溫度t，共測(cè)10個(gè)點(diǎn)。4）作銅電阻的溫度特性曲線(xiàn)R(t)～t，從圖上求出電阻溫度系數(shù)α，并與理論值比較，求出百分誤差。第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日2.用臥式電橋測(cè)量Cu50型銅電阻R(t)及電阻溫度系數(shù)α1）連接線(xiàn)路，調(diào)節(jié)橋臂電阻值使R2=R3=R'

=50Ω（供參考，可自行設(shè)計(jì)）；2）預(yù)調(diào)平衡，將待測(cè)電阻接至RX

，功能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至“非平衡電橋”，選擇“電壓”輸出，按下G、B開(kāi)關(guān)按下，調(diào)節(jié)R1（RC）使電壓U0=0，記下此時(shí)的溫度t和R1值；3）加熱升溫，每隔3℃測(cè)一個(gè)點(diǎn)，記錄電壓值U0(t)和相應(yīng)的溫度t，共測(cè)10個(gè)點(diǎn)。4）最小二乘法求電阻值R0和溫度系數(shù)α，寫(xiě)出經(jīng)驗(yàn)方程。實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理要求:第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日3.用立式電橋測(cè)量MF51型熱敏電阻的溫度特性1)連接電路，調(diào)節(jié)橋臂電阻使R1=R2=R'=100Ω（供參考，可自行設(shè)計(jì)）；2)預(yù)調(diào)平衡，將待測(cè)電阻接至RX，功能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至“非平衡電橋”，選擇“電壓”輸出，按下G、B開(kāi)關(guān)按下，調(diào)節(jié)R3（RC）使電壓U0=0，記下此時(shí)的溫度t和R3值；3)加熱升溫，每隔3℃測(cè)一個(gè)點(diǎn)，記錄電壓值U0(t)和相應(yīng)的溫度t，共測(cè)10個(gè)點(diǎn)。4）作MF51型熱敏電阻的R(T)～T和lnR(T)～1/T曲線(xiàn)，并用最小二乘法求出材料常數(shù)Bn和R0，寫(xiě)出經(jīng)驗(yàn)方程。實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理要求:為T(mén):為開(kāi)氏度第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)果分析要求比較用平衡電橋和非平衡電橋測(cè)得的銅電阻哪個(gè)更準(zhǔn)確，并分析原因。第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日………………………………104321次預(yù)置電壓電阻R1a=R2b=100Ω

、R3c～2700ΩR1c

～50Ω

、R2a=R3b=50ΩR1=100Ω、R2b=1000Ω

、R3c～500Ω………………………………熱敏電阻（立式電橋）銅電阻（臥式電橋）銅電阻(惠斯通電橋)………………………………………………………………起始值……0起始值0………………Rx(Ω)Rx(Ω)……t(℃)平衡橋：US=5.0V……R3(Ω)……t(℃)非平衡橋電壓：US=1.3V……U0(mV)……t(℃)非平衡橋電壓：US=1.3V《直流電橋原理與應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)……U0(mV)Rx(Ω)第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后，將控溫器加熱開(kāi)關(guān)置于“斷”位，使“B”、“G”開(kāi)關(guān)彈起。不得帶電連線(xiàn)，應(yīng)保證連線(xiàn)正確、可靠，切忌短路。測(cè)量前不得隨意打開(kāi)控溫器開(kāi)關(guān)，以免提前使加熱爐升溫，影響測(cè)量。傳熱銅塊與傳感器組組件，出廠(chǎng)時(shí)已由廠(chǎng)家調(diào)節(jié)好，不得隨意拆卸，降溫時(shí)，可以上提至爐口處。設(shè)定加溫的上限值為80℃，最高不允許超過(guò)100℃。加熱時(shí)，應(yīng)關(guān)閉風(fēng)扇電源開(kāi)關(guān)。實(shí)驗(yàn)完畢后，應(yīng)關(guān)上儀器電源，整理好所用儀器，拆線(xiàn)時(shí)捏住導(dǎo)線(xiàn)根部。注意事項(xiàng):第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)操作步驟連接導(dǎo)線(xiàn)（平衡橋？臥式橋？立式橋？）功能選擇（平衡橋？非平衡橋？電源電壓？）設(shè)置參數(shù)（R1=？R2=？R3=？

）預(yù)調(diào)平衡（調(diào)節(jié)RC，記下RC和對(duì)應(yīng)的t讀數(shù)）加熱升溫（每隔3℃測(cè)一點(diǎn)，記錄相應(yīng)10組數(shù)據(jù)）實(shí)驗(yàn)結(jié)束（關(guān)上電源開(kāi)關(guān)，整理好實(shí)驗(yàn)儀器）第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)上儀器電源，整理好所用儀器和導(dǎo)線(xiàn)。最后做完實(shí)驗(yàn)的2位同學(xué)做好值日衛(wèi)生。第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日用平衡電橋測(cè)量Cu50型銅電阻的溫度特性第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日2.用臥式電橋測(cè)量Cu50型銅電阻R(t)及電阻溫度系數(shù)α第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日3.用立式電橋測(cè)量MF51型熱敏電阻的溫度特性（1）第三十頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日3.用立式電橋測(cè)量MF51型熱敏電阻的溫度特性（2）第