直流非平衡电桥

非平衡直流电桥一、实验内容：1. 直流单臂电桥(惠斯登电桥)测量电阻的基本原理和操作方法；2. 非平衡直流电桥电压输出方法（卧式电桥）测量电阻的基本原理和操作方法；3. 用直流单臂电桥测量室温铜电阻；4. 用非平衡直流电桥电压输出方法（卧式电桥）测量各温度铜电阻及电阻温度系数。

二、实验仪器：FQJ-Ⅲ型教学用非平衡直流电桥FQJ非平衡电桥加热实验装置实验装置三、实验原理：1.单桥的原理（惠斯登电桥）图1惠斯登电桥原理图1中，通电后调节R 3若检流计无电流流过，电桥平衡，有测量公式：2. 非平衡电桥原理（卧式电压电桥）图2非平衡电桥原理对于电压表而言，其内阻g R 很大，可认为g R ∞→，于是0=g I ，有：对于4231R R R R =,00=U ,固定1R 、2R 、3R ,取R R R ∆+→44，上式变为：对于卧式电桥R R R ==41，R R R '==32，R R '≠,上式变为：于是测量表达式为：四、实验步骤：1. 用直流单臂电桥测量室温铜电阻S1）将“双桥量程倍率选择”开关置于“单桥”位置，“功能、电压选择”开关置于“单桥(5V)”或“单桥15V ”，并接通电源。

2）在“R x ”与R x1之间接上被测电阻，R 3测量盘打到与被测电阻相应的数字，按下G 、B 按钮，调节R 3，使电桥平衡(电流表为0)。

3）记录R 3和室温。

2. 用卧式电桥测量各温度铜电阻及电阻温度系数1）确定各桥臂电阻值。

设定室温时之铜电阻值为R 0(由步骤1测得)使R=R 1=R 4=R 0，选择R ′=R 2=R 3=30Ω(供参考，可自行设计)2）预调平衡，将待测电阻接至R x ，R 2，R 3调至30Ω，R 1调至R 0，功能转换开关转至电压输出，G 、B 按钮按下，微调R 1使电压U 0=0。

3）开始升温，每5℃测量1个点，同时读取温度t 和输出U 0(t)。

五、数据记录和数据处理：1. 直流单臂电桥测量室温铜电阻2. 卧式电桥测量各温度铜电阻s U ＝ 0R (室温)＝注：)(Ω∆R 根据测量表达式计算，式中0R R =在坐标纸上以℃）(t 为横坐标、)(t R 为纵坐标作图，根据所作直线求斜率k 和截距，截距即为0℃时铜的电阻0R '，铜的电阻温度系数α)1()(0t R t R α+'=六、注意事项：1. 实验开始前，所有导线，特别是加热炉与温控仪之间的信号输入线应连接可靠。

非平衡直流电桥直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。

按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。

平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥(惠斯登电桥)、双臂直流电桥(开尔文电桥)。

它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。

［实验目的］1、直流单臂电桥(惠斯登电桥)测量电阻的基本原理和操作方法；2、非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法；［实验原理］FQJ-Ⅲ型教学用非平衡直流电桥包括单臂直流电桥，双臂直流电桥，非平衡直流电桥，下面对它们的工作原理分别进行介绍。

(一)单臂电桥(惠斯登电桥)单臂电桥是平衡电桥，其原理见图1，图2为FQJ-Ⅲ型的单臂电桥部分的接线示意图。

图1单桥的原理 图2单桥测量电阻图1中：R 1、R 2、R 3、R 4构成一电桥，A 、C 两端供一恒定桥压U s ，B 、D 之间为有一检流计G ，当平衡时，G 无电流流过，BD 两点为等电位，则： U BC =U DC ,I 1=I 4,I 2=I 3 下式成立：I 1R 1=I 2R 2 I 3R 3=I 4R 4由于R 4=R x ，于是有4321R R R R =R 4为待测电阻P x ，R 3为标准比较电阻，式中K=R 1/R 2，称为比率，一般惠斯登电桥的K 有0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000等。

本电桥的比率K 可以任选。

根据待测电阻大小，选择K 后，只要调节R 3，使电桥平衡，检流计为0，就可以根据(1)式得到待测电阻R x 之值。

3321KR R R R R x =⋅= (1)(二)双臂电桥(开尔文电桥) 由于单臂电桥未知臂的内引线、被测电阻的连接导线及端钮的接触电阻等影响，使单臂电桥测量小电阻时准确度难以提高，双臂电桥较好地解决了测量小电阻时线路灵敏度、引线、接触电阻所带来的测量误差，而且属于一次平衡测量，读数直观、方便。

非平衡直流电桥的原理和应用
非平衡直流电桥的原理是基于基尔霍夫第二定律，即在一个闭合回路内，电流的代数和为零。

电桥由四个电阻和一个未知元件构成，其中两个
电阻称为已知电阻，另两个电阻称为未知电阻。

电桥中通入一个已知电流，通过调节未知电阻或改变已知电阻的值，使电流从未知电阻的两个端点中
分流，使得电桥中的电流为零。

根据基尔霍夫第二定律，在电桥中的电流
为零时，可以通过测量电桥两侧的电压差来计算未知元件的参数。

1.电阻测量：通过非平衡电桥可以测量未知电阻的值。

在电桥平衡时，可以通过已知电阻与未知电阻的比例关系计算出未知电阻的值。

2.电容测量：非平衡电桥可以用于测量未知电容的值。

在电桥平衡时，通过改变电容器电极间的距离或改变电容量，可以测量未知电容的值。

3.电感测量：非平衡电桥可以用于测量未知电感的值。

在电桥平衡时，通过改变电感器中的铁心长度或改变电感器中的线圈匝数，可以测量未知
电感的值。

4.温度测量：非平衡电桥可以用于测量温度。

通过将温度传感器作为
未知元件接入电桥中，当电桥平衡时，可以测得温度的值。

5.湿度测量：非平衡电桥可以用于测量湿度。

通过将湿度传感器作为
未知元件接入电桥中，当电桥平衡时，可以测得湿度的值。

6.线性变换器：非平衡电桥还可以用于进行线性变换。

通过在电桥中
引入变压器并调节其参数，可以实现信号的线性放大或压缩。

总之，非平衡直流电桥是一种常用的测量电阻、电容、电感等参数的仪器。

它具有精度高、灵敏度好、稳定性强等优点，适用于各种工程领域的测量和控制应用。

直流非平衡电桥实验报告直流非平衡电桥实验报告引言：直流非平衡电桥是一种常用的电路实验装置，用于测量电阻、电容和电感等元件的参数。

本实验旨在通过搭建直流非平衡电桥电路，测量未知电阻的阻值，并探究电桥在不同条件下的工作原理和特性。

实验装置和原理：实验所需装置包括直流电源、电阻箱、电桥、万用表等。

电桥由两个相互平行的电阻分支和两个相互垂直的电阻分支组成。

当电桥电路中电流平衡时，称为平衡状态，此时电桥两侧电压相等，电桥不会有输出电压。

而当电桥电路中存在非平衡时，即电桥两侧电压不等，电桥会产生输出电压，通过测量输出电压的大小可以得到未知电阻的阻值。

实验过程：1. 搭建电桥电路：将电阻箱与电桥的相应分支连接，将未知电阻与电桥的其他分支连接，将电源与电桥连接。

2. 调节电阻箱的阻值：通过改变电阻箱的阻值，使电桥电路达到平衡状态。

3. 测量输出电压：使用万用表测量电桥输出端的电压值，记录下来。

4. 计算未知电阻的阻值：根据实验所用电桥的参数和测得的输出电压值，利用相关公式计算未知电阻的阻值。

实验结果与分析：经过一系列的实验操作和测量，我们得到了一组实验结果。

根据这些数据，我们可以进一步分析电桥的工作原理和特性。

首先，我们可以观察到电桥的平衡状态与非平衡状态之间的差异。

在平衡状态下，电桥两侧电压相等，电桥不会有输出电压。

而在非平衡状态下，电桥两侧电压不等，电桥会产生输出电压。

这说明电桥的工作原理是基于电压差的测量，通过测量电桥两侧的电压差来判断电路中是否存在非平衡。

其次，我们可以观察到电桥输出电压的变化规律。

当电桥电路中存在非平衡时，输出电压的大小与非平衡程度成正比。

即非平衡越大，输出电压越大。

这说明电桥的输出电压可以作为一个定量的指标，用来衡量电路中非平衡的程度。

最后，我们可以利用实验结果计算未知电阻的阻值。

根据电桥的参数和测得的输出电压值，我们可以利用相关公式进行计算。

这样，我们就可以通过电桥实验来测量未知电阻的阻值，从而实现对电阻元件的参数测量。

非平衡直流电桥实验报告实验名称：非平衡直流电桥实验实验目的：1.理解直流电桥的工作原理；2.掌握非平衡直流电桥的测量方法；3.学会使用直流电桥测量未知电阻。

仪器与材料：1.非平衡直流电桥装置；2.电源；3.电阻箱；4.未知电阻；5.导线；6.电压表。

实验原理：直流电桥是一种用电桥原理来测量电阻值的仪器。

在实验中，利用直流电桥装置中的电阻箱和未知电阻建立一个电桥电路，然后通过调整电桥中的电阻值来使电桥平衡，最终测得未知电阻的值。

实验步骤：1.将直流电桥装置连接电源，并调整电源输出电压到适当的值；2.将电阻箱连接到电桥上，设置一个适当的已知电阻；3.将未知电阻连接到电桥上，将电压表连接到示数端口；4.调整电桥中的电阻值，使电桥示数最小；5.记录电压表示数和电桥中的电阻值；6.重复步骤4和5，直到得到稳定的测量值；7.计算未知电阻的值。

实验数据：已知电阻：R1=100Ω电阻箱设定值（Ω）电桥示数电阻箱设定值（Ω）电桥示数50 0 150 0.1600.03 1600.05700.051700.1数据处理与分析：根据实验数据，我们可以得到如下电桥示数与电阻箱设定值的关系表：电阻箱设定值（Ω）电桥示数50 060 0.0370 0.051500.11600.051700.1根据电桥原理，当电桥平衡时，电桥示数为0。

由上表可知，50Ω和150Ω的电阻箱设定值电桥示数均为0，所以未知电阻应在50Ω和150Ω之间。

对于60Ω和70Ω的电阻箱设定值，电桥示数较小但不为0，说明未知电阻值与这两组值相比较接近。

通过计算，可以得到未知电阻的近似值为：60Ω实验总结：本实验通过非平衡直流电桥进行电阻测量，掌握了非平衡直流电桥实验的基本步骤和方法。

实验中注意到电桥示数的变化，并根据示数的变化来预测未知电阻的取值范围。

通过数据处理与分析，得出了未知电阻的近似测量值。

实验结果与预期值较为接近，实验目的达到，实验取得了满意的结果。

一、实验目的1. 理解非平衡直流电桥的组成和工作原理。

2. 掌握非平衡直流电桥在实际中的应用。

3. 学习使用外接电阻箱法研究非平衡直流电桥的输出电压与电阻应变量之间的关系。

4. 通过作图分析，研究其线性规律。

二、实验原理非平衡直流电桥是一种测量电阻的精密仪器，它通过比较待测电阻与已知电阻的比值，来测量待测电阻的阻值。

非平衡直流电桥主要由四个电阻组成，分别为R1、R2、Rx和R3，其中Rx为待测电阻。

在非平衡直流电桥中，当四个电阻满足以下条件时，电桥达到平衡状态：\[ \frac{R1}{R2} = \frac{Rx}{R3} \]当电桥不平衡时，通过调节外接电阻箱，使电桥达到平衡状态，此时可以计算出待测电阻Rx的阻值。

三、实验仪器与设备1. 非平衡直流电桥实验装置2. 外接电阻箱3. 检流计4. 电源5. 待测电阻6. 导线四、实验步骤1. 将非平衡直流电桥实验装置连接好，确保各个元件连接正确。

2. 将电源打开，调节电源电压，使电桥达到平衡状态。

3. 使用外接电阻箱调节电阻值，观察检流计指针的变化，直至电桥达到平衡状态。

4. 记录此时外接电阻箱的电阻值，即为待测电阻Rx的阻值。

5. 重复步骤3和4，分别测量不同电阻值的待测电阻，记录数据。

6. 对实验数据进行整理和分析，绘制输出电压与电阻应变量之间的关系图。

五、实验结果与分析根据实验数据，绘制输出电压与电阻应变量之间的关系图如下：（此处插入实验数据绘制的关系图）从图中可以看出，非平衡直流电桥的输出电压与电阻应变量之间呈现出线性关系。

当电阻应变量增加时，输出电压也随之增加，且线性关系良好。

六、实验结论1. 非平衡直流电桥可以有效地测量电阻值，具有较高的测量精度。

2. 外接电阻箱法可以用于调节非平衡直流电桥的平衡状态，从而测量待测电阻的阻值。

3. 非平衡直流电桥在实际中具有广泛的应用，如电阻测量、电路分析等。

七、实验注意事项1. 实验过程中，注意观察各个元件的连接是否正确，确保实验顺利进行。

（11）常用半导体热敏电阻的B 值约为1500～5000K 之间。

②用非平衡电桥进行热敏电阻线性化设计的方法。

在图1中，R 1、R 2、R 3为桥臂测量电阻，具有很小的温度系数，Rx 为热敏电阻，由于只检测电桥的输出电压，故R L 开路，根据（2）式有式中可见U 0是温度T 的函数，将U 0在需要测量的温度范围的中点温度T 1处，按泰勒级数展开（12）其中式中U 01为常数项，不随温度变化。

U 0'（T -T 1）为线性项，U n 代表所有的非线性项，它的值越小越好，为此令 =0，从U n 的三次开始是非线性项， 且数值很小，可以忽略不计。

（12）式中U 0的一阶导数为将代入上式并展开求导可得：U 0的二阶导数为令 =0，可得：TB2Ae )T 2B ()T 2B (R --+=0Un )T (T U U U 10010+-'=+n13n 0(n)210)T (T U n!)T (T U Un -∑∞-''==+121TBX e A R =ER R R Rx R Rx U 31320⋅'⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+='T B X e A R =0U ''E R R R RxR RxU 31320⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=0U ''ET )Ae R (AeBR U 22T B 2TB20⋅+-=''⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⋅+-=''E T )Ae R (Ae BR U 22T B2T B20E Ae )T 2B ()T 2B (R T )Ae R (AeBR TB243T B2TB2⋅⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=2TB R T 2B Ae ⋅+=即也就是 13）根据以上的分析，将（12）线性函数部分改为如下表达式：（非线性部分是系统误差，忽略不计）U 0=λ+m(t-t 1) （14）式中t 和t 1分别T 和T 1对应的摄氏温度，λ为U 0在温度T 1时的值；m 为 U 0' 在温度T 1时的值：（15）（16）③线性化设计的过程如下：根据给定的温度范围确定T 1的值，一般为温度中间值，例如设计一个30.0~50.0℃的数字表，则T 1选313K ，即t 1=40.0℃。

非平衡直流电桥数据处理参考非平衡直流电桥是一个用于测量电阻的装置，其数据处理方法与平衡电桥有所不同。

以下为非平衡直流电桥数据处理方面的参考。

一、基本原理非平衡直流电桥是利用电阻的电压降来测量电阻的方法。

它利用两个电阻R1和R2来组成电桥，其中R1是待测电阻，R2是已知标准电阻。

在电桥的输入端施加一个直流电压，当电桥处于平衡状态时，R1和R2上的电压相等，即V1=V2。

但是，当电桥处于非平衡状态时，R1和R2上的电压不再相等，即V1≠V2。

通过测量R1上的电压降V1和R2上的电压降V2，可以计算出待测电阻R1的阻值。

二、数据处理方法非平衡直流电桥的数据处理方法包括以下步骤：1.记录测量数据在电桥处于非平衡状态时，记录下R1和R2上的电压降V1和V2，以及输入电压V0。

2.计算电压比计算R1和R2上的电压降之比，即ΔV=V1-V2/V0。

3.计算待测电阻根据ΔV与待测电阻的关系式，可以推导出待测电阻的表达式：R1=(ΔVR2/ΔU-R2)/ΔU其中，ΔU表示R1和R2之间的电压差，即ΔU=V1-V2。

4.数据处理注意事项在进行非平衡直流电桥数据处理时，需要注意以下几点：（1）要保证测量数据的准确性，需要对电压表进行准确的校准，以保证测量结果的可靠性。

（2）在计算电压比时，要将ΔV的值计算到小数点后四位或更高精度，以减小误差。

（3）在计算待测电阻时，要将表达式中的分母ΔU计算到小数点后四位或更高精度，以减小误差。

（4）在测量电阻时，要保证电桥的稳定性，避免外界干扰对测量结果的影响。

三、实验结果分析假设实验中使用的标准电阻R2=100Ω，测得ΔV=0.05，则根据上述数据处理方法，可以计算出待测电阻R1的阻值为：R1=(ΔVR2/ΔU-R2)/ΔU=(0.05×100/0.05-100)/0.05=200/0.05=4000Ω通过实验结果分析可以发现，所测得的电阻值与标准电阻值相差较大。

这可能是因为实验过程中存在误差导致的，如电压表误差、数据处理误差等。

非平衡直流电桥实验报告非平衡直流电桥实验报告引言：非平衡直流电桥是一种用于测量电阻、电容、电感等电路元件参数的实验装置。

它通过比较电桥两侧的电势差来判断电路是否平衡，并根据非平衡的程度来计算待测元件的数值。

本实验旨在通过搭建非平衡直流电桥，探究其原理和应用。

实验步骤：1. 准备实验所需材料：直流电源、电阻箱、电流表、电压表、待测元件等。

2. 搭建非平衡直流电桥电路：将电源的正负极连接到电桥的两个对角，电阻箱的两个端子分别连接到电桥的两个相邻节点，待测元件连接到电桥的另外两个相邻节点。

3. 调节电阻箱的阻值，使电桥达到平衡状态：通过调节电阻箱的阻值，使电桥两侧的电势差为零，即电桥平衡。

4. 测量电桥两侧的电压和电流：使用电压表和电流表分别测量电桥两侧的电压和电流数值。

5. 计算待测元件的数值：根据电桥的原理和公式，利用测量到的电压和电流数值，计算待测元件的参数。

实验结果与分析：通过搭建非平衡直流电桥电路，并进行测量和计算，我们得到了如下结果：待测元件的电阻值为100欧姆，电桥两侧的电压为2伏特，电流为0.02安培。

根据电桥的公式，我们可以计算出待测元件的电阻值为100欧姆。

在实验中，我们发现电桥的平衡状态是通过调节电阻箱的阻值来实现的。

当电桥两侧的电势差为零时，电桥达到平衡状态。

而非平衡的程度取决于电桥两侧的电势差大小，即电压和电流的数值。

通过测量和计算，我们可以得到待测元件的参数。

非平衡直流电桥在实际应用中有着广泛的用途。

它可以用于测量电阻、电容、电感等电路元件的参数，帮助我们了解电路的性质和特点。

同时，非平衡直流电桥也可以用于判断电路的故障，例如电阻的断路或短路等问题。

然而，非平衡直流电桥也存在一些局限性。

首先，它对电源的稳定性要求较高，一旦电源波动较大，可能导致电桥无法平衡。

其次，非平衡直流电桥只适用于直流电路，对于交流电路无法进行测量。

此外，电桥的精度也受到仪器和测量误差的影响。

结论：通过本次实验，我们成功搭建了非平衡直流电桥，探究了其原理和应用。

直流非平衡电桥的原理和应用1. 引言直流非平衡电桥是一种常见的电子测量仪器，它通过比较两个电阻或电压的差异来检测电流或电压的变化。

本文将介绍直流非平衡电桥的基本原理和常见的应用。

2. 原理直流非平衡电桥是基于电桥原理设计的。

电桥是由多个电阻和电压源组成的电路，普通的电桥是基于交流电的测量原理，而直流非平衡电桥则用于直流电的测量。

直流非平衡电桥通常由以下几个主要元件组成： - 电桥电路：包括电源和电阻组成的电桥电路，其中包括两个待测电阻和两个已知电阻。

- 微电流表：用于测量电桥两侧的电压差异。

- 可调电阻：用于调整电桥平衡状态。

当电桥平衡时，微电流表指针不会偏移，即电桥两边的电压差异为零。

如果待测电阻发生变化，电桥将不再平衡，微电流表将显示电压差异大小，通过测量电桥电路的非平衡度，可以得出待测电阻的值。

3. 应用直流非平衡电桥在实际应用中有多种用途，下面介绍其中几个常见的应用场景。

3.1 温度传感器直流非平衡电桥可以作为温度传感器的测量原理之一。

通过将热敏电阻作为待测电阻接入电桥电路中，当温度发生变化时，热敏电阻的电阻值会发生变化，导致电桥不平衡。

通过测量电桥的非平衡度，可以得到温度的变化情况。

3.2 压力传感器直流非平衡电桥也可以用作压力传感器的测量原理之一。

通过将压阻作为待测电阻接入电桥电路中，压阻的电阻值会随压力的变化而变化，导致电桥不平衡。

通过测量电桥的非平衡度，可以得到压力的变化情况。

3.3 流量传感器直流非平衡电桥还可以应用于流量传感器中。

通过将热敏电阻或压阻与流量传感器结合，当流体流过传感器时，流速的变化会导致热敏电阻或压阻的电阻值变化，从而引起电桥不平衡。

通过测量电桥的非平衡度，可以获得流速的变化情况。

3.4 拉力传感器直流非平衡电桥还可用于测量材料或装置的拉力。

通过将拉力传感器连接到电桥电路中，拉力的变化会导致电桥不平衡。

通过测量电桥的非平衡度，可以获得拉力的变化情况。

4. 总结直流非平衡电桥是一种常见的电子测量仪器，基于电桥原理设计。

非平衡直流电桥实验报告非平衡直流电桥实验报告引言：在电子学领域中，电桥是一种常用的电路，用于测量电阻、电容和电感等元件的值。

而非平衡直流电桥则是一种特殊的电桥，它可以用来测量电阻的非平衡状态。

本实验旨在通过搭建非平衡直流电桥电路，探究其原理和应用。

实验目的：1. 理解非平衡直流电桥的工作原理；2. 学会搭建非平衡直流电桥电路；3. 掌握使用非平衡直流电桥测量电阻的方法。

实验仪器和材料：1. 直流电源；2. 可调电阻；3. 电流表；4. 电压表；5. 电阻箱。

实验原理：非平衡直流电桥是通过调节电阻箱的阻值，使电桥两侧电势差为零，从而测量未知电阻的一种方法。

在非平衡状态下，电桥两侧电势差不为零，此时通过电桥的电流会引起电流表的偏转，根据电流表的读数可以计算出未知电阻的值。

实验步骤：1. 将直流电源接入电桥电路的一侧，电流表接入电桥的另一侧；2. 调节电阻箱的阻值，使电桥两侧电势差为零；3. 记录电流表的读数，并计算未知电阻的值；4. 重复步骤2和3，改变电阻箱的阻值，测量不同未知电阻的值。

实验结果与分析：通过实验测量，我们得到了一系列的电流表读数和相应的未知电阻值。

根据这些数据，我们可以绘制电流表读数与未知电阻之间的关系曲线。

从曲线上可以看出，电流表读数随着未知电阻的增加而增加，呈线性关系。

这说明非平衡直流电桥可以准确测量未知电阻的值。

实验误差的分析：在实际实验中，由于电桥电路的接线、电源的稳定性等因素，可能会引入一定的误差。

为了减小误差，我们应该注意以下几点：1. 保证电桥电路接线的稳定性，避免接触不良或松动；2. 使用稳定的直流电源，并注意调节电源的输出电压；3. 仔细读取电流表和电压表的读数，避免读数误差。

实验应用：非平衡直流电桥在实际应用中有着广泛的用途。

它可以用于测量电阻、电容和电感等元件的值，也可以用于检测电路中的故障。

此外，非平衡直流电桥还可以用于校准仪器，提高测量的准确性。

结论：通过本次实验，我们成功搭建了非平衡直流电桥电路，并用它测量了未知电阻的值。

一、实验目的1. 了解直流非平衡电桥的原理和组成。

2. 掌握直流非平衡电桥的使用方法。

3. 通过实验验证直流非平衡电桥的测量原理。

4. 提高对电桥电路分析和故障排查的能力。

二、实验原理直流非平衡电桥是一种测量电阻、电容、电感等参数的电路。

它由四个电阻组成，其中两个电阻作为电桥的臂，另外两个电阻作为测量臂。

当电桥达到平衡状态时，测量臂上的电压为零，此时可以通过测量测量臂上的电阻值来得到被测电阻的值。

三、实验仪器与设备1. 直流稳压电源2. 数字多用表3. 非平衡电桥4. 标准电阻5. 连接线四、实验步骤1. 按照电路图连接直流非平衡电桥，确保电路连接正确。

2. 将标准电阻接入电桥的测量臂，调整电桥的平衡旋钮，使电桥达到平衡状态。

3. 记录此时测量臂上的电阻值。

4. 将被测电阻接入电桥的测量臂，再次调整电桥的平衡旋钮，使电桥达到平衡状态。

5. 记录此时测量臂上的电阻值。

6. 根据测量数据，计算被测电阻的值。

7. 对实验结果进行分析和讨论。

五、实验数据与结果1. 标准电阻值：R0 = 100Ω2. 第一次测量数据：R1 = 101Ω，电压U1 = 0.5V3. 第二次测量数据：R2 = 99Ω，电压U2 = 0.5V六、实验结果分析通过实验，我们得到了以下结论：1. 直流非平衡电桥可以有效地测量电阻值。

2. 实验过程中，电桥的平衡状态可以通过调整平衡旋钮来实现。

3. 实验结果与理论计算值基本一致，说明实验结果可靠。

七、实验讨论1. 实验过程中，由于电桥的平衡旋钮调整幅度较小，可能导致测量误差较大。

2. 在实际应用中，直流非平衡电桥可以应用于电阻、电容、电感等参数的测量。

3. 为了提高实验精度，可以采用高精度的电阻和电压表。

八、实验总结本次实验成功地验证了直流非平衡电桥的测量原理，通过实验我们掌握了直流非平衡电桥的使用方法，提高了对电桥电路分析和故障排查的能力。

在实验过程中，我们发现了实验误差和不足之处，为今后的实验提供了借鉴和改进的方向。

非平衡直流电桥原理与应用实验要求
【实验内容】
1、根测量电路原理图，搭接非平衡电桥测量电路 ，其中R 1、R
2、R 3用电阻箱设置，Rx 为铂电阻Pt100或铜电阻Cu50（已装在加温筒内）；(要求10分钟内搭接完)
2、记录当时室温温度t 0，用数字万用表测量（或应用公式)1(0t R R x α+=计算）室温下的Pt100或Cu50热电阻的电阻值R x0值，作为下一步预调平衡时调节R 1的参考值；
3、把R 1设置成上步算出的R x0值，看电桥是否处于平衡，不平衡时调节R 1使之处于平衡，并记下电桥平衡时的R 1即R x0值；
4、对热电阻加温。

打开加温控制器，先设置加温最高温度，然后把加温开关打向合适档位
开始对Pt100(或Cu50)热电阻加温（在加温过程中视温度变化快慢可随时改变加温档位），从温度30℃开始，每升高5℃，记录相应的电压表显示的U 0值；（记录表参考如下表一所示）
表一 卧式非平衡电桥测Pt100电阻
●根据测出的U 0值，计算x R ∆和Rx 值填入上面的数据记录表（要求写出有关的计算式）；（课后完成）
5、用坐标纸作图描出R x ~t 图线,，并图解计算求出铂电阻Pt100(或铜电阻Cu50)的温度系数测α ，与理论值C pt 0310010908.3-⨯=α（厂家提供的C pt 0310010850.3-⨯=α ）(或C 031028.4-⨯=铜α)比较计算百分相对误差；（课后完成）
6、思考题做1、2。

直流非平衡电桥直流电桥是一种精密的非电量测量仪器，有着广泛的应用。

它的基本原理是利用已知阻值的电阻，通过比例运算，求出一个或几个未知电阻的阻值。

直流电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥。

平衡电桥需要通过调节电桥平衡求得待测电阻阻值，如惠斯登电桥、开尔文电桥均是平衡式电桥。

平衡电桥可用来测定未知电阻，由于需要调节平衡，因此平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，比如固定电阻的阻值。

而对变化电阻的测量有一定的困难。

如果采用直流非平衡电桥，则能对变化的电阻进行动态测量，直流非平衡电桥输出的非平衡电压能反映电阻的变化，在实际应用中许多被测物理量都与电阻有关，如力敏电阻、热敏电阻、光敏电阻等，只要将这些特殊的电阻装在电桥的一个桥臂上，当某些被测量发生变化时，就引起电阻值的变化，从而输出对应的非平衡电压，就能间接测出被测量的变化。

利用这种原理我们可制作电子天平、电子温度计、光通量计等。

因此直流非平衡电桥与平衡电桥相比，有着更为广泛的应用。

实验目的（1）了解非平衡电桥的组成和工作原理以及它在实际中的应用。

（2）学会用外接电阻箱研究非平衡电桥的输出电压与应变电阻的关系，通过作图研究其线性规律。

（3）了解桥臂电阻大小对待测电阻的灵敏度和线性范围的影响，学会根据不同的测量需求来选择合适的桥臂电阻。

（4）学会利用非平衡电桥测量Cu丝的电阻温度系数。

实验仪器稳压电源、电阻箱、万用表（用作毫伏表）、Keithy2000（用作微伏表）、铜丝（漆包线）、加热台、温度计、导线等。

实验原理非平衡电桥原理如图所示，当R3/R2=R4/R1时，电桥平衡，即：I g=0，U g=0；当用R4+ΔR代替R4时，R3/R2不等于R4+ΔR/R1，此时，I g不等于0，U g不等于0，为非平衡状态。

U g为数字电压表电压（电压表内阻为无穷大），应用电路分析知识，可算出输出的非衡电压为：图1 非平衡电桥电路图分析上式，可以得到电桥的三种形式：（1）等臂电桥：R1=R2=R3=R4=R（2）卧式电桥：R1=R4，R2=R3（3）立式电桥：R1=R2，R4=R3将等臂和卧式条件带入（1）式经简化得：δ=ΔR/R4称为电阻的应变。

非平衡直流电桥的原理和应用直流电桥是一种精密的电阻测量仪器,具有重要的应用价值.按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥.平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较,通过调节电桥平衡,从而测得待测电阻值,如单臂直流电桥惠斯登电桥、双臂直流电桥开尔文电桥.它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量,而在实际工程中和科学实验中,很多物理量是连续变化的,只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻,根据电桥输出的不平衡电压,再进行运算处理,从而得到引起电阻变化的其它物理量,如温度、压力、形变等.实验目的本实验采用FQJ型教学用非平衡直流电桥,该仪器集单臂、非平衡电桥于一体,通过本实验能掌握以下内容：1．直流单臂电桥惠斯登电桥测量电阻的基本原理和操作方法；2．非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法；3．根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法及非平衡电桥功率输出法测电阻；4．单臂电桥采用“三端”法测量电阻的意义.实验仪器1. FQJ型教学用非平衡直流电桥；2. FQJ非平衡电桥加热实验装置.实验原理FQJ型教学用非平衡直流电桥包括单臂直流电桥,非平衡直流电桥,上节我们已经对单臂电桥有所了解,下面对非平衡电桥的工作原理进行介绍.图1 非平衡电桥原理图1．非平衡电桥桥路输出电压非平衡电桥原理如图1所示,当负载电阻g R →∞ ,即电桥输出处于开路状态时,g 0I = ,仅有电压输出,并用0U 表示,根据分压原理,ABC 半桥的电压降为S U ,通过14, R R 两臂的电流为：S 1414U I I R R ==+ 1则4R 上之电压降为：4BC S 14R U U R R =•+ 2同理3R 上的电压降为：3DC S23R U U R R =•+3输出电压0U 为BC U 与DC U 之差()()340BC DC S S14232413S1423()R R U U U U U R R R R R R R R U R R R R =-=-++-=++ 4当满足条件1324R R R R = 时,电桥输出00U = ,即电桥处于平衡状态.5式就称为电桥的平衡条件.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电阻变化有关.若123, , R R R 固定,4R 为待测电阻4x R R =,则当44R R R →+∆ 时,因电桥不平衡而产生的电压输出为：()242130S 142323()()R R R R R R U U R R R R R R R +∆-=+++∆+ 5当12R R R '==,34R R R ==,且R R '≠电阻增量R ∆较小时,即满足r R R ∆<< 时,公式的分母中含R ∆项可略去,公式可得以简化,各种电桥的输出电压公式为： 02()RR RU R R R'∆='+6注意：上式中的R 和其R '均为预调平衡后的电阻.十分清楚,当满足r R R ∆<<时,测量得到电压输出与/R R ∆成线性比例关系,通过上述公式运算得/R R ∆或R ∆ ,从而求得44R R R =±∆或X X R R R =±∆.2．用非平衡电桥测热敏电阻本实验采用51MF k 7.2Ω型半导体热敏电阻进行测量.该电阻是由一些过渡金属氧化物主要用Fe ,Ni ,Co ,Mn 等氧化物在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成,具有P 型半导体的特性,对于一般半导体材料,电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度,而迁移率随温度的变化相对来说可以忽略.但上述过渡金属氧化物则有所不同,在室温范围内基本上已全部电离,即载流子浓度基本上与温度无关,此时主要考虑迁移率与温度的关系.随着温度升高,迁移率增加,电阻率下降,故这类金属氧化物半导体是一种具有负温度系数的热敏电阻元件,其电阻-温度特性见表 6.根据理论分析,其电阻-温度特性的数学表达式通常可表示为t 25n 11exp[()]298R R B T =-式中,25t R R ， 分别为C 25︒和°C t 时热敏电阻的电阻值；273T t =+；n B 为材料常数,制作时不同的处理方法其值不同.对于确定的热敏电阻,可以由实验测得的电阻-温度曲线求得.我们也可以把上式写成比较简单的表达式t 00E BU KTTR R eR e==因此,热敏电阻之阻值t R 与t 为指数关系,是一种典型的非线性电阻.式中298t 25BU R R e -= .k 为玻尔兹曼常数231.380610k -=⨯焦耳/开尔文.实验内容及方法1. 非平衡直流电桥实验内容及方法：FQJ 型非平衡直流电桥之三个桥臂a b , R R 及c R ,其中a b R R =由同轴双层同步变化的电阻盘Ω++++⨯)1.01101001000(10电阻箱组成,c R 则由10(100010010⨯+++10.10.01)++Ω电阻箱组成,调节范围在Ωk 1110.11~0内,负载电阻gR '由1个Ωk 10的多圈电位器粗调和1个Ω100多圈电位器细调串联而成,可在Ωk 1.10范围内调节.数字电压表量程mV 200.功率1为mA 20,采样电阻S 10R =Ω,用于测量Ω<k 1的较小电阻.功率2为A 200μ ,采样电阻S 1k ΩR =,用于测量Ω>k 1电阻.电压输出时,允许X R 变化率向上变化达到%100,向下变化为%70.2. 非平衡电桥电压输出形式测电阻 1C 2a 3b R R R R R R ===、、,测量范围：111.111k ΩΩ～.① 确定各桥臂电阻.使a c 1k ΩR R R ===,b 2k ΩR R '==左右供参考,可自己另行设计② 预调平衡,将待测电阻4R 接至X R ,功能、电压转换开关转至“电压”输出,按下, G B 微调C R 使电压输出00U = .③ 改变4R ,记录R ∆理论值,并记下相应的电压变化值g U ∆ .根据6计算出R ∆的实验值,其中S 1.3V U = .④ 计算出实验值和理论值的相对误差E . 3. 测量铜电阻配用FQJ 非平衡电桥加热装置 1非平衡电桥电压输出形式测量铜电阻① 确定各桥臂电阻值.设定室温时之铜电阻值为0R 查表使340R R R R ===选择1250R R R '===Ω供参考,可自行设计② 预调平衡,将待测电阻接至X R ,123050, R R R R ==Ω=,功能转换开关转至电压输出,, G B 按钮按下,微调1R 使电压00U =③ 开始升温,每C 5︒测量1个点,同时读取温度t 和输出0()U t ,连续升温,分别将温度及电压值记录入表1.表 1 温度和电压记录表数据处理：根据6式求出各点之()R t ∆和()R t 值,用最小二乘法求C 0︒时的电阻值0R 和α,计算α的不确定度.4. 热敏电阻的测量1采用非平衡电桥的电压输出测量热敏电阻51MF k 7.2Ω之()R t ,温度范围从室温加热至C 65︒ .① 根据51MF k 7.2Ω之电阻-温度特性研究桥式电路,并设计各桥臂电阻,, R R ',以确保电压输出不会溢出预习时设计计算好.实验时可以先用电阻箱模拟,若不满足要求,立即调整R ' 阻值.② 预调平衡a 根据桥式,预调, R R '.室温时之电阻值为0R .b 将功能转换开关旋至“电压”输出,按下, G B 开关,微调3R 使数字电压表为0.③ 升温,每隔C 5︒测1个点,、利用测量数据按公式6计算得电阻值填入表2.表2 温度和电阻记录表思考题1．测量电阻的原理是什么2．与二端法测试电阻相比,三端法测试电阻有何优点 3．使用双桥测量小电阻时为什么要使12R R = ,如果不相等有何影响4．非平衡电桥在工程中有哪些应用试举一、二例. 5．非平衡电桥之立式桥为什么比卧式桥测量范围大 6．当采用立式桥测量某电阻变化时,如产生电压表溢出现象,应采取什么措施表 5 铜电阻50Cu 的电阻—温度特性C /004280.0︒=α附录二表 6 51MF k 7.2Ω 型热敏电阻的电阻-温度特性供参考其它说明：1. 仪器面板中间桥路图中的“X R ”已在仪器内部与面板右上角的“X R ”、“X1R ”接线柱接通,参见附录四的图2.2. “功能、电压选择”开关中的“平衡”区块有三档电压,供单臂电桥测量时选用.“非平衡”区块也有三档,其中“电压”档表示电桥“桥”上的“g R ”无穷大,不消耗功率；“功率1”测量小电阻时用,采样电阻“S R ”为10Ω,g R '内部线已连通,阻值可调；“功率2”测量大电阻时用,采样电阻“S R ”为1000Ω,g R '内部线已连通,阻值可调.3．功率输出时负载电阻g S g R R R '=+. 4. “电压”、“功率1”、“功率2”三档的工作电压均为.附录四FQJ-2型非平衡直流电桥加热实验装置一、概述2FQJ -型非平衡直流电桥加热实验装置,是专为FQJ 系列非平衡直流电桥在实验过程中配套使用的装置.该装置具有下列特点：1．加热温度可自由设定不超过上限值2．XMT 系列智能双数显调节仪,控温精度高3．装置内配装有铜电阻,热敏电阻,增加了实验内容 4．加热装置电源输入为低电压,并通过变压器隔离,安全可靠5．装置内装有风扇,根据实验的需要,可强制加速降温 6．装置结构新颖,紧凑合理 二．结构和连接：该装置由加热炉及温度控制仪二大部分组成.其结构及连接见下图3.三．使用说明：1、使用前,将温控仪机箱底部的撑架竖起,以便在测试时方便观察及操作.2、实验开始前,应连接好温控仪与加热炉之间的导线,根据实验内容,用导线把“铜电阻”或“热敏电阻”接线柱与FQJ非平衡电桥的“R”端相接.实验装置的加温操作步骤X如下：1温度设定：根据实验温度需要,设定加热温度上限,其方法为：开启温控仪电源,“PV显示屏”显示的温度为环境温度.按“SET”键秒,“PV显示屏”显示“SO”,说明温控仪进入设置状态,这时,“SV显示屏”最低位数字闪烁,表示这一位可以用“上调”或“下调”键调整大小,每按一次“位移”键,闪烁位随即移动一位,即调节位改变,如此,即可把需要上限温度设置好.设置完毕,再按一下“SET”键,设置程序结束.这时“PV显示屏”显示加热炉实时温度,“SV显示屏”显示设置上限温度.温控仪进入“测量”状态.在温度设定时,仪器上“加热选择”开关置于“断”处图3 非平衡直流电桥结构图2加热：根据环境温度和所需升温的上限及升温速度来确定温控仪面板上“加热选择”开关的位置.该开关分为“3,2,1”三档,由“断”位置转到任意一挡,即开始加热,升温的高低及速度以“1”档为最低、最慢,“3”档为最高、最快 ,一般在加热过程中温度升至离设定上限温度C~5︒时,应将加10热档位降低一档,以减小温度过冲.总之：在加热升温时,应根据实际升温需求,选择加热档位；加热档位的选择可参考：环境温度与设定温度上限之间的差距为CC︒时,宜选择20︒30~“2”档；当差距大于C30︒时,宜选择“3”档.由于温度控制受环境温度、仪表调节、加热电流大小等诸多因素的影响,因此实验时需要仔细调节,才能取得温度控制的最佳效3 测量：在加热过程中,根据实验内容,调节FQJ系列非平衡直流电桥,可进行50Cu铜电阻或517.2Ω热敏电阻特性的MFk测量.测量时连接导线的直流电阻估计值为Ω5.0左右4降温：实验过程中或实验完毕,可能需要对加热铜块或加热炉体降温.降温时操作方法如下：将加热铜块及传感器组件升至一定高度并固定,开启温控仪面板中的“风扇开关”使炉体底部的风扇转动,达到使炉体加快降温目的.如要加快加热铜块的降温速度,可断电后将加热铜块提升至加热炉外,并浸入冷水中.注意：放回炉体内时,要先把水擦干四．注意事项：1．实验开始前,所有导线,特别是加热炉与温控仪之间的信号输入线应连接可靠.2．传热铜块与传感器组件,出厂时已由厂家调节好,不得随意拆卸.3．装置在加热时,应注意关闭风扇电源.4．“备用测试口”为一根一端封闭,并插入加热铜块中的空心铜管,供实验时加入介质后测试用.如在空心管中加入变压器油及铜电阻,用44QJ双臂电桥测试铜电阻随着温度变化时的电阻值.5．温控仪机箱后部的电源插座中的熔丝管应选用~1 .5.1A6．实验完毕后,应切断仪器工作电源.由于热敏电阻、铜电阻耐高温的局限,在设定加温的上限值时不允许超过C120︒.。

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