非平衡電橋制作數(shù)字溫度計 設(shè)計

本文格式為Word版，下載可任意編輯——非平衡電橋制作數(shù)字溫度計設(shè)計南昌大學(xué)物理試驗報告

非平衡電橋制作數(shù)字溫度計設(shè)計

一、試驗?zāi)康?/p>

1、穩(wěn)定平衡電橋測量電阻的方法。

2、學(xué)習(xí)和把握測量熱敏電阻溫度特性的基本原理和操作方法。3、用熱敏電阻結(jié)合非平衡電橋設(shè)計制作數(shù)字溫度計。

二、試驗儀器

非平衡電橋、熱敏電阻、加熱源溫度控制器、導(dǎo)線等。

三、試驗設(shè)計內(nèi)容

1、用線性電阻（金屬電阻）結(jié)合非平衡電橋設(shè)計測量范圍為0~100℃的數(shù)字溫度計。2、用非線性熱敏電阻為傳感器結(jié)合非平衡電橋設(shè)計測量范圍為10~70℃的數(shù)字溫度計。四、試驗原理

非平衡電橋的原理圖見圖16.1所示。非平衡電橋在構(gòu)成形式上與平衡電橋相像，但測量方法上有很大區(qū)別。平衡電橋要求通過調(diào)理達(dá)到I0?0，從而得到

RxR3，非平衡電橋?R1R2則使R1、R2、R3保持不變，由Rx變化引起U0變化。再根據(jù)U0與Rx的函數(shù)關(guān)系，通過檢測U0的變化從而測得RX，由于可以檢測連續(xù)變化的U0，所以可以檢測連續(xù)變化的Rx，進(jìn)而檢測連續(xù)變化的非電量。

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R1Io+RLUo_R2R3RiIoRx

+RLUo_E+Uoc_

（a）（b）

圖16.1非平衡電橋及其等效電路

1、非平衡電橋的輸出

非平衡電橋的輸出有兩種狀況：一種是輸出端開路或負(fù)載電阻很大近似于開路，如后接高內(nèi)阻數(shù)字電壓表或高輸入阻抗運(yùn)放等狀況，這時稱為電壓輸出，實際使用中大多采用這種方式；另一種是輸出端接有一定阻值的負(fù)載電阻，這時稱為功率輸出，簡稱功率電橋。

根據(jù)戴維南定理，圖16.1(a)所示的橋路可等效為圖16.1（b）所示的二端口網(wǎng)絡(luò)。

R1UocRxR1RxRiR2R3R2R3E圖16.2（a）圖16.2（b）

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其中Uoc為輸出端開路的輸出電壓，Ri為輸出阻抗，等效電路見圖16.2(a)、（b）

?RxR3?Uoc????E

?R1?RxR2?R3?Ri?R1RxRR?23

R1?RxR2?R3Uo?電壓輸出的狀況下RL??，有

R3?RL?Rx???E

Ri?RL?R1?RxR2?R3??RxR3?Uo????E

R?RR?Rx23??1

令Rx?Rx0??R，Rx為被測電阻，Rx0為其初始值，?R為電阻變化量。并且初始值滿足電橋平衡條件

Rx0R1

代入以上兩式，可得

?R3R2Uo?RL?R?R2?E

Ri?RL(R1?Rx0??R)(R2?R3)Uo?R1E???R

(R1?Rx0)21??RR1?Rx0這是作為一般形式非平衡電橋的輸出電壓與被測電阻之間的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)被測電阻的?R?Rx0時，上式可簡化為Uo?這時U0與△R成線性關(guān)系。

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R1?E??R2(R1?Rx0)南昌大學(xué)物理試驗報告

假使

Rx0R1可得

?R3?nR2Uo?Rx0R1nE?R?2(1?n)Rx0?R3?1R2E?R?4Rx0假使

Uo?2、用非平衡電橋測量電阻的方法

（1）、將被測電阻Rx（傳感器）接入非平衡電橋，并進(jìn)行初始平衡，Rx0為其初始值，這時電橋輸出為0。改變被測的非電量，則被測電阻也變化。這時電橋有相應(yīng)的電壓U0輸出。測出這個電壓后，就可計算得到?R。

（2）、根據(jù)測量結(jié)果求得Rx。也可先作Uo??R曲線，然后根據(jù)所得曲線，由Uo的值得到?R及Rx的值，這樣就可以根據(jù)非平衡電橋的輸出Uo來測被測電阻Rx。

3、用非平衡電橋測溫度的方法1）、用線性電阻（金屬電阻）測溫度

鉑電阻（或金屬電阻）與溫度的關(guān)系，一定溫度范圍內(nèi)可表示為

Rx(t)?Rx(0)(1??t??t2)

式中Rx(t)和Rx(0)分別為溫度為t℃和0℃時的電阻。并且初始值Rx(0)滿足電橋

平衡條件。

在0～100℃范圍內(nèi)?值作用不顯著，Rx(t)與t近似成線性關(guān)系，即

Rx(t)?Rx(0)(1??t)?Rx(0)??tRx(0)所以?R??Rx(0)?t，代入上式得

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Uo(t)?R1E???Rx(0)?t2?R(0)?t(R1?Rx0)1?xR1?Rx0

式中的?Rx(0)值可由試驗方法測得：

先測量電阻的溫度電阻特性，即選取不同的溫度t，得到相應(yīng)的Rx(t)，并繪制Rx(t)?t曲線，其斜率即?Rx(0)。

這樣就可以由電橋的Uo求得相應(yīng)的溫度變化量?t，從而求得t?t0??t。特別地，當(dāng)?R?Rx(0)時，上式可簡化為

Uo?R1?R1?Rx(0)?2?E??Rx(0)?t

這時Uo與?t成線性關(guān)系。

2）、利用熱敏電阻測溫度

熱敏電阻具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，電阻值隨溫度升高而迅速下降，這是由于熱敏電阻由一些金屬氧化物如Fe3O4、MgCr2O4等半導(dǎo)體制成，在這些半導(dǎo)體內(nèi)部，自由電子數(shù)目隨溫度的升高增加得很快，導(dǎo)電能力很快加強(qiáng)；雖然原子振動也會加劇并阻礙電子的運(yùn)動，但這種作用對導(dǎo)電性能的影響遠(yuǎn)小于電子被釋放而改變導(dǎo)電性能的作用，所以溫度上升會使電阻值迅速下降。

熱敏電阻的電阻溫度特性可以用下述指數(shù)函數(shù)來描述：

Rx(T)?Ae（11）

式中A為常數(shù)。B為與材料有關(guān)的常數(shù)，T為絕對溫度。為了求得確鑿的A和B，可將式（11）兩邊取對數(shù)

BTlnRx(T)?lnA?B