[標(biāo)簽:標(biāo)題]篇一：放大系統(tǒng)在惠斯通電橋靈敏度研究中的應(yīng)用放大系統(tǒng)在惠斯通電橋靈敏度研究中的應(yīng)用【摘要】本實(shí)驗(yàn)基于惠斯通電橋原理，在電位比較的基礎(chǔ)上，加入了放大系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)放大系統(tǒng)的電阻，得出了在該模型下且在一定范圍內(nèi)，惠斯通電橋靈敏度具有一定的可調(diào)性，并發(fā)現(xiàn)在該模型下與待測(cè)電阻同路的電阻阻值與待測(cè)電阻越接近越能獲得高靈敏度，同時(shí)給出了此模型最佳適用條件。【關(guān)鍵詞】惠斯通電橋靈敏度放大系統(tǒng)一、引言惠斯通電橋是一種用比較法測(cè)電阻的精密儀器，可測(cè)電阻范圍為幾十到幾十萬(wàn)歐姆．惠斯通電橋是英國(guó)科學(xué)家惠斯通首次使用來測(cè)量電阻的，就被稱為惠斯通電橋．而電橋的平衡是依據(jù)檢流計(jì)的指針是否為零來判斷的，由于判斷時(shí)受到眼睛分辨能力的限制而存在差異，會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來誤差，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性．這個(gè)影響的大小取決于電橋的靈敏度．惠斯通電橋在科學(xué)測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)測(cè)量精度的要求越來越高，而惠斯通電橋靈敏度的高低關(guān)系到測(cè)量結(jié)果的精確度問題，本實(shí)驗(yàn)從定量的角度對(duì)惠斯通電橋的靈敏度進(jìn)行了探討，并從理論上進(jìn)行了分析和解釋，目的是為了更好地提高電橋的測(cè)量精度。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理如圖1所示，本實(shí)驗(yàn)基于惠斯通電橋原理，而側(cè)重點(diǎn)在于可調(diào)性的靈敏度，即設(shè)計(jì)出在一定范圍內(nèi)靈敏度可調(diào)的惠斯通電橋。本實(shí)驗(yàn)通過調(diào)節(jié)R1和R4的值來獲得可調(diào)的靈敏度。調(diào)節(jié)R1和R4，將會(huì)使電壓表XMM2的讀數(shù)發(fā)生變化，由于經(jīng)過了運(yùn)算放大器，XMM3的數(shù)值獲得了一定的放大，因此當(dāng)XMM3的兩端電壓發(fā)生一個(gè)微小的變化而未發(fā)生指針偏轉(zhuǎn)時(shí)，XMM2就有可能發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在電壓表靈敏度一定的情況下，有效地提高了電橋靈敏度，而ΔXMM2的改變量除以ΔRB/RB，會(huì)是當(dāng)時(shí)電壓的靈敏度：放大前S=ΔXMM3/(ΔRB/RB)；放大后S=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)圖1實(shí)驗(yàn)原理圖三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案由于實(shí)驗(yàn)器材受限的等若干因素，本實(shí)驗(yàn)未能在實(shí)際情況下進(jìn)行操作，為此本實(shí)驗(yàn)特地選用仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)器材：精密電阻RA(1k)R2（5k）R3（10k）可變電阻箱R1(100k)R4（500k）RB（1k）經(jīng)過粗測(cè)的電阻4組RT100、1k、10k、100k精密電阻RC2只1k、50k電壓表3只、運(yùn)算放大器、電源、導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.如附圖構(gòu)架電路模型2.接通電路；3.調(diào)節(jié)R1和R4，使得XMM2的讀數(shù)絕對(duì)值在3~12伏之間，記錄此時(shí)的R4、R1；4.記錄XMM1、XMM2、XMM3；5.改變RB的電阻，使其產(chǎn)生一個(gè)微小的變化量ΔRB，并記錄此時(shí)的RB’到表格當(dāng)中；6.記錄此時(shí)XMM1、XMM2、XMM3的讀數(shù)，記為XMM1’、XMM2’、XMM3’；7.改變RC與RT的組合進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析4.1原始數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表1RC/RTR1R4XMM1XMM2XMM3XMM1'XMM2'XMM3'RBRB'1k/100961601.08410.8136.8651.08410.8386.88122.0121/100461051.08410.9024.8591.08410.9344.87311.011/1k26905.80710.4492.0865.80710.4282.0821.9951/1261905.80711.3990.155.80711.4030.16511.0051/102229510.28610.89610.32810.28610.94210.32422.0031/102829510.28610.9634.27610.28610.9354.27311.00150k/1k50700.22110.4697.6750.22110.4767.6822.00450/136700.22110.8435.7010.22110.8485.70411.00250/101001601.28910.0456.6641.28910.0476.66522.00150/101002251.28910.0124.6851.28910.0184.68811.00150/100901902.48911.1225.4642.48911.1245.46522.00150/1002001902.4895.2795.492.4895.285.49122.0014.2未經(jīng)過放大系統(tǒng)的靈敏度計(jì)算S1=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(6.881-6.865)/((2.012-2)/2)=2.7S2=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(4.873-4.859)/((1.01-1)/1)=1.4S3=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(2.086-2.08)/((2-1.995)/2)=2.4S4=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(0.165-0.15)/((1.005-1)/1)=3.0S5=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(10.328-10.324)/((2.003-2)/2)=2.7S6=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(4.276-4.273)/((1.001-1)/1)=3.0S7=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(7.68-7.675)/((2.004-2)/2)=2.5S8=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(5.704-5.701)/((1.002-1)/1)=1.5S9=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(6.665-6.664)/((2.001-2)/2)=2.0S10=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(4.688-4.685)/((1.001-1)/1)=3.0S11=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(5.465-5.464)/((2.001-2)/2)=2.0S12=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(5.491-5.49)/((2.001-2)/2)=2.0從上面的計(jì)算可得未經(jīng)過放大系統(tǒng)靈敏度與電阻的關(guān)系見表2未經(jīng)過放大系統(tǒng)靈敏度與電阻的關(guān)系數(shù)據(jù)記錄表2RC/RT1k/100S2.51.52.03.02.02.01k/1k1k/10k50k/1k50k/10k50k/100kRB=2k2.72.42.7RB=1k1.43.03.0由表2得到未經(jīng)過放大系統(tǒng)靈敏度與電阻的關(guān)系圖2：圖24.3經(jīng)過放大系統(tǒng)之后的靈敏度計(jì)算S1=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.838-10.813)/((2.012-2)/2)×((10.838/6.881+10.813/6.865)/2)=6.6S2=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.934-10.902)/((1.01-1)/1)×((10.934/4.873+10.902/4.859)/2)=7.2S3=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.449-10.428)/((2-1.995)/2)×((10.428/2.08+10.449/2.086)/2)=42.1S4=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(11.403-11.399)/((1.005-1)/1)×((11.403/0.165+11.399/0.15)/2)=58.0S5=ΔXMM2/(Δ電橋靈敏度的因素..........................................................................................12改變?nèi)我庖粋€(gè)橋臂的阻值，所測(cè)得的靈敏度是否相同......................................14用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定電橋靈敏度時(shí)，檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)???的取值與電橋靈敏度的關(guān)系.157.8.9.實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與感想.........................................................................................................15參考文獻(xiàn).........................................................................................................................16原始數(shù)據(jù).........................................................................................................................16摘要：本報(bào)告以惠斯通電橋法測(cè)量中等數(shù)值電阻的實(shí)驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)，在測(cè)量中電阻的過程中深入思考了電橋平衡條件以及實(shí)驗(yàn)操作中的一些問題。同時(shí)對(duì)電橋靈敏度進(jìn)行了較為透徹的分析與研究，對(duì)該實(shí)驗(yàn)的正確操作與嚴(yán)格的數(shù)據(jù)處理具有重要的意義。并根據(jù)操作實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷對(duì)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器和操作提出了自己的想法。關(guān)鍵字：惠斯通電橋、電橋靈敏度分析探究、不確定度合成、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)0.引言用伏安法測(cè)量電阻，往往達(dá)不到很高的測(cè)量精度。一方面是由于線路本身存在缺點(diǎn)，另一部分是由于電壓表和電流表本身的精度有限。為了精確測(cè)量電阻，必須對(duì)測(cè)量線路加以改進(jìn)，電橋法就是常用的電阻測(cè)量方法。通常使用的電橋有惠斯通單電橋和開爾文雙橋，惠斯通電橋主要用于測(cè)量中等數(shù)值的電阻(10~106Ω)；開爾文雙電橋用于測(cè)量低值電阻(10-6~10Ω)。電橋法是一種用比較法進(jìn)行測(cè)量的方法，它是在平衡條件下將待測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較以確定其待測(cè)電阻的大小。電橋法具有靈敏度高、測(cè)量準(zhǔn)確、方法巧妙、使用方便和對(duì)電源穩(wěn)定性要求不高等特點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于電工技術(shù)和非電量電測(cè)中。1.實(shí)驗(yàn)原理1.1惠斯通電橋原理圖圖1惠斯通電橋電路原理圖圖1所示為惠斯通于1843年提出的電橋電路。它由4個(gè)電阻和檢流計(jì)組成，????為精密電阻，????為待測(cè)電阻。接通電路后，調(diào)節(jié)??1、??2和????，使檢流計(jì)中電流為零，電橋達(dá)到平衡。1.2電橋平衡條件電橋平衡時(shí)，有????=0則??????=????????????=??????由歐姆定律得：????????=??1??1????????=??2??2檢流計(jì)中無(wú)電流流過，故??1=??2????=????整理得：或????=????????=??1??2??1??2????(1-1)????2通常稱??1/??2為比例臂，而????稱為比較臂，??=1為倍率。所以電橋由橋臂、檢流計(jì)和電源三部分組成。由于電橋平衡須由檢流計(jì)示零表示，故電橋測(cè)量方法為零示法，零示法的測(cè)量精度較高。又由于電橋測(cè)電阻的過程是??點(diǎn)點(diǎn)位與??點(diǎn)點(diǎn)位進(jìn)行比較(由示零器指示其比較結(jié)果)，經(jīng)過調(diào)節(jié)直到兩點(diǎn)電壓為零——電橋達(dá)到平衡的過程。電橋一旦平衡便可由三個(gè)已知電阻定出一個(gè)未知電阻。測(cè)量過程即電壓比較過程，故電橋測(cè)量又是電壓比較測(cè)量。惠斯通電橋測(cè)量電阻的主要