惠斯登電橋的原理與應(yīng)用
發(fā)布日期：2014年8月15日 瀏覽次數(shù)：
惠斯登電橋的原理與應(yīng)用
(7--2)
(7--3)
交換測量法:
當(dāng)比率K不變,Rx和R3的位置相互交換,得到R`3= KRx , R`3是交換后電橋平衡的新值,將Rx=KR3和R`3=KRx兩式整理得
（7--4）
在室溫t0時(shí)要預(yù)調(diào)平衡，即調(diào)節(jié)R1、R2和R3，使R1R3=R2Rx0，則（4-22-4）式變?yōu)椋?
若Rx電阻變化很小，ΔRx<< R1、R2、R3，則（4-22-5）式分母中ΔRx項(xiàng)可以略去，（7--5）式變?yōu)椋?/DIV>
等臂電橋：R1=R2=R3=Rx0 ，（7--6）式變?yōu)椋?/DIV>
輸出對(duì)稱電橋（電流計(jì)端等臂），也稱臥式電橋：當(dāng) R1=Rx0，R2=R3，且R1≠R3，（7--6）式變?yōu)椋?/DIV>
電源對(duì)稱電橋（電源端等臂），也稱為立式電橋：當(dāng) R1=R2，R3=Rx0，且R1≠R3，（4-22-6）式變?yōu)椋?/DIV>
由上三式可以看出，當(dāng)ΔRx << R1、R2、R3 時(shí)，三種電橋的輸出電壓Uo均與成線性關(guān)系. 若Rx0、ΔRx相同情況下，等臂電橋、臥式電橋輸出電壓Uo比立式電橋輸出電壓Uo高，故靈敏度也高；而立式電橋測量范圍大，從（7--9）式中的
大學(xué)物理基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)
【摘要】惠斯登電橋是大學(xué)物理基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)之一。教學(xué)輔導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)，在理工科中，不同專業(yè)的學(xué)員，對(duì)惠斯登電橋原理的學(xué)習(xí)要求各不相同，有的專業(yè)學(xué)員對(duì)惠斯登電橋原理只作一般性了解和使用；而電子工程技術(shù)類的學(xué)員則作一般性了解和使用外，還要求對(duì)每一個(gè)原理在其它項(xiàng)目中的應(yīng)用。本文對(duì)惠斯登電橋原理作了一般性的論證分析外，還對(duì)對(duì)惠斯登電橋原理在溫度控制技術(shù)作了入門式討論分析。
【關(guān)鍵詞】惠斯登電橋 交換測量法 熱敏電阻
這里介紹一種測量電阻值大小的方法，這種方法稱為惠斯登電橋測量法。它的特別之處，是在于精確、精細(xì)，幾乎省去人在判讀時(shí)所形成的誤差。並且由于它的精細(xì)，我們要用它去測量電阻阻值和測量電阻隨溫度變化的情形，也就是電阻的溫度系數(shù)。究竟惠斯登電橋是如何能夠達(dá)到精確、精細(xì)的功能？以下就來了解它的原理。
惠斯登電橋（平衡電橋）測電阻的原理. 惠斯登電橋原理圖1中，接通電源，調(diào)節(jié)電橋平衡，即調(diào)節(jié)電橋四個(gè)“臂”R1、R2、R3、Rx，當(dāng)檢流計(jì)G的指針指零，B、D兩點(diǎn)電位相等，則有
式稱為比率k。箱式惠斯登電橋的比率K有0.001，0.01，0.1，1, 10，100，
1000七檔。根據(jù)待測電阻Rx大小選擇K，調(diào)節(jié)R3使檢流計(jì)G為零，
由Rx = KR3 求出待測電阻Rx值。
電流計(jì)G 的 B、D兩點(diǎn)電位
(7--2)
(7--3)
由上式看出，當(dāng)R1R3 = R2Rx時(shí)，電流計(jì)G 的 B、D兩點(diǎn)電位差Uo=0，電橋處于平衡，這就是惠斯登電橋。
二、 箱式惠斯登電橋的結(jié)構(gòu)線路(以QJ23型箱式直流單臂電橋?yàn)槔?圖(a)
分析箱式惠斯登電橋的結(jié)構(gòu)線路.提示: 當(dāng)比率轉(zhuǎn)換開關(guān)K連接到0.001的擋位時(shí), R1代表一只電阻的值， 而R2代表7只電阻串聯(lián)值.在不同的擋位時(shí),R1 R2所代表的電阻串聯(lián)值.各不相同.Rx:被測電阻接線柱R3:由四個(gè)可變電阻箱串聯(lián)組成.每個(gè)可變電阻箱的擋位X1Ω、X10Ω、X100Ω、X1000Ω構(gòu)成.箱式惠斯登電橋的操作法1.檢流計(jì)的指針作調(diào)零處理.
2.確定待測量電阻的大致數(shù)值,在Rx被測電阻接線柱間接上被測量電阻.
3.根據(jù)被測量電阻的大小值選定比率轉(zhuǎn)換開關(guān)K連接的擋位.
4.測量時(shí)用躍接法按下"B"和"G"按鈕(按下后立即
松開)，若指針偏向"+"方向.則增加R3的數(shù)值;若指針偏向"-"方向,則減小R3的數(shù)值,反復(fù)調(diào)節(jié)直至電橋平衡.
5.測量有感電阻(如電機(jī)、變壓器等)時(shí),應(yīng)先接通"B"和后接通"G"按鈕,斷開時(shí)應(yīng)先放開"G"再放開"B".
6.使用完畢,必須斷開"B"和"G"按鈕,并且將檢流計(jì)的聯(lián)接片接在"內(nèi)接"位置,也保護(hù)檢流計(jì).
2．箱式惠斯登電橋的結(jié)構(gòu)(以QJ23型箱式直流單臂電橋?yàn)槔?
版面布置圖. 圖(B)
三、測量方法
在被測電阻位置接待測電阻Rx按惠斯登電橋的操作方法直接測量.
交換測量法:
當(dāng)比率K不變,Rx和R3的位置相互交換,得到R`3= KRx , R`3是交換后電橋平衡的新值,將Rx=KR3和R`3=KRx兩式整理得
得到的結(jié)果與比率K系統(tǒng)無關(guān)，說明此法可以抵消系統(tǒng)誤差的影響.
惠斯登電橋原理在溫度控制技術(shù)中的應(yīng)用
惠斯登電橋原理的應(yīng)用:惠斯登電橋可以測量電阻、電容、電感、溫度、頻率、及壓力等許多物理量,同時(shí)廣泛應(yīng)用在自動(dòng)控制技術(shù)中.
惠斯登電橋原理在溫度控制技術(shù)中的應(yīng)用若R1、R2、R3為固定電阻，Rx為熱敏電阻,即隨溫度變化的電阻，Rx=R (t)。設(shè)室溫t= t0時(shí)，Rx= Rx0，當(dāng)溫度t = t0+Δt時(shí)，Rx = Rx0+ΔRx，由（4-22-3）式求得電壓Uo為：
（7--4）
在室溫t0時(shí)要預(yù)調(diào)平衡，即調(diào)節(jié)R1、R2和R3，使R1R3=R2Rx0，則（4-22-4）式變?yōu)椋?
（7--5）
若Rx電阻變化很小，ΔRx<< R1、R2、R3，則（4-22-5）式分母中ΔRx項(xiàng)可以略去，（7--5）式變?yōu)椋?/DIV>
（7--6）
這個(gè)電壓Uo是溫度升高引起的，可以用這個(gè)電壓Uo去控制溫度調(diào)控設(shè)備。
惠斯登電橋各橋臂之間的三種典型情況，下面分別進(jìn)行分析討論：
等臂電橋：R1=R2=R3=Rx0 ，（7--6）式變?yōu)椋?/DIV>
(7--7)
輸出對(duì)稱電橋（電流計(jì)端等臂），也稱臥式電橋：當(dāng) R1=Rx0，R2=R3，且R1≠R3，（7--6）式變?yōu)椋?/DIV>
(7--8)
電源對(duì)稱電橋（電源端等臂），也稱為立式電橋：當(dāng) R1=R2，R3=Rx0，且R1≠R3，（4-22-6）式變?yōu)椋?/DIV>
（7--9）
由上三式可以看出，當(dāng)ΔRx << R1、R2、R3 時(shí)，三種電橋的輸出電壓Uo均與成線性關(guān)系. 若Rx0、ΔRx相同情況下，等臂電橋、臥式電橋輸出電壓Uo比立式電橋輸出電壓Uo高，故靈敏度也高；而立式電橋測量范圍大，從（7--9）式中的
(7--10)
項(xiàng)看出可以通過選擇R1、R3來擴(kuò)大測量范圍，R1、R3差距越大，Rx測量范圍也越大。而測量電壓Uo后，計(jì)算出ΔRx，從而求得Rx= Rx0+ΔRx 。
六、思考題
1、了解惠斯登電橋的原理和橋式電路的特點(diǎn)；
2、學(xué)會(huì)使用電橋測電阻的方法；
3、學(xué)會(huì)消除系統(tǒng)誤差的一種方法-------交換測量法
4．平衡電橋與非平衡電橋有哪些不同？
5．什么時(shí)候用平衡電橋測電阻較好，什么時(shí)候用非平衡電橋測電阻較好？
6．非平衡電橋中立式橋?yàn)槭裁幢扰P式橋測量范圍大？
7．若用惠斯登平衡電橋測出一只熱敏電阻在常溫下的阻值，當(dāng)溫度升到50°C時(shí)，電阻值增加多少并繪制Rx- t曲線，再計(jì)算出電阻溫度系數(shù)α(=K/R0)的測量值。