設計性實驗 非平衡電橋的應用 報告書寫

2021-05-07 12:03:09 字數 5253 閱讀 1132

1樓:匿名使用者

懸賞分:200 - 離問題結束還有 13 天 3 小時

要求:設計一個電橋電路,使之適合測量阻值在50歐~80歐範圍變化的電阻值

應用實驗室提供的條件,除錯由不平衡電橋與模擬測溫電阻構成的電阻溫度計並對其顯示錶頭進行標定,要求最小分度為5攝氏度,量程為0~100攝氏度.

儀器:穩壓電源(xj17232),非平衡電橋測溫儀(dh-wt),電阻箱(zx25a),小電阻箱,銅電阻,6跟導線.非平衡電橋測溫儀上有r1,r2,en(電源)rn(可調節電阻)rt(待測電阻)介面.

銅電阻對應0攝氏度-53.00歐,100攝氏度-75.5歐

注:rt有三介面為兩段串聯

寫明1目的2儀器3原理4步驟,結論(工作電壓大小和穩定度對實驗的影響)(實驗資料與標準值的比較)

提問者:xiaoandy3 - 江湖新秀 四級

答覆共 1 條

非平衡電橋的原理和應用

電橋可分為平衡平橋和非平衡電橋,非平衡電橋也稱不平衡電橋或微差電橋。以往在教學中往往只做平衡電橋實驗。近年來,非平衡電橋在教學中受到了較多的重視,因為通過它可以測量一些變化的非電量,這就把電橋的應用範圍擴充套件到很多領域,實際上在工程測量中非平衡電橋已經得到了廣泛的應用。

一、實驗目的

1、掌握非平衡電橋的工作原理以及與平衡電橋的異同

2、掌握利用非平衡電橋的輸出電壓來測量變化電阻的原理和方法

3、學習與掌握根據不同被測物件靈活選擇不同的橋路形式進行測量

4、掌握非平衡電橋測量溫度的方法,並類推至測其它非電量

二、實驗內容

1、用非平衡電橋測量熱敏電阻的溫度特性

2、用熱敏電阻為感測器結合非平衡電橋設計測量範圍為10~70℃的數顯溫度計

三、實驗儀器及配件

1、非平衡電橋(dhqj-1、dhqj-2、dhqj-3型任選一種)

2、dht-1型多功能恆溫實驗儀

3、10kω熱敏電阻

四、實驗原理

非平衡電橋的原理圖見圖1

圖 一非平衡電橋在構成形式上與平衡電橋相似,但測量方法上有很大差別。平衡電橋是調節r3使i0=0,從而得到 ,非平衡電橋則是使r1、r2、r3保持不變,rx變化時則u0變化。再根據u0與rx的函式關係,通過檢測u0的變化從而測得rx,由於可以檢測連續變化的u0,所以可以檢測連續變化的rx,進而檢測連續變化的非電量。

(一)非平衡電橋的橋路形式

1、等臂電橋

電橋的四個橋臂阻值相等,即r1=r2=r3=rx0;其中rx0是rx的初始值,這時電橋處於平衡狀態,u0=0 。

2、臥式電橋也稱輸出對稱電橋

這時電橋的橋臂電阻對稱於輸出端,即r1=rx0,r2=r3,但r1≠r2

3、立式電橋也稱電源對稱電橋

這時從電橋的電源端看橋臂電阻對稱相等即

r1=r2 rx0=r3 但r1≠r3

4、比例電橋

這時橋臂電阻成一定的比例關係,即r1=kr2,r3=kr0或r1=kr3,r2=krx0,k為比例係數。實際上這是一般形式的非平衡電橋。

(二)非平衡電橋的輸出

非平衡電橋的輸出有兩種情況:一種是輸出端開路或負載電阻很大近似於開路,如後接高內阻數字電壓表或高輸入阻抗運放等情況,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載電阻,這時稱為功率輸出,簡稱功率電橋。

下面我們分析一下電壓輸出時的輸出電壓與被測電阻的變化關係,功率電橋的輸出可參見附錄。

根據戴維南定理,圖一所示的橋路可等效為圖二(a)所示的二埠網路。

圖 二(a) 圖 二(b)

其中u0c為輸出端開路的輸出電壓。ri為輸出阻抗,等效圖見圖二(b),可見

(1)其中 電壓輸出的情況下rl→∞,所以有

(2)令rx=rx0+δr,rx為被測電阻,rx0為其初始值,δr為電阻變化量。

通過整理,(1)、(2)式分別變為

(3)(4)這是作為一般形式非平衡電橋的輸出與被測電阻的函式關係。

特殊地,對於等臂電橋和臥式電橋(4)式簡化為

(5)立式電橋和比例電橋的輸出與(4)式相同。

被測電阻的δr<< rx0時,(4)式可簡化為

(6)(5)式可進一步簡化為

(7)這時u0與△r成線性關係

(三) 用非平衡電橋測量電阻的方法

1、將被測電阻(感測器)接入非平衡電橋,並進行初始平衡,這時電橋輸出為0。改變被測的非電量,則被測電阻也變化。這時電橋也相應的電壓u0輸出。

測出這個電壓後,可根據(4)式或(5)式計算得到δr。對於δr

2、根據測量結果求得rx=rx0+△r,並可作u0-△r曲線,曲線的斜率就是電橋的測量靈敏度。根據所得曲線,可由u0的值得到△r的值,也就是可根據電橋的輸出u0來測得被測電阻rx 。

(四)用非平衡電橋測溫度方法

1、用線性電阻測溫度

一般來說,金屬的電阻隨溫度的變化為

rx=rx0(1+αt)= rx0+αtrx0 (8)

所以△r=αrx0δt,代入(4)式有

(9)式中的αrx0值可由以下方法測得:

取兩個溫度t1、t2,測得rx1,rx2則

這樣可根據(9)式,由電橋的u0求得相應的溫度變化量δt,從而求得t=t0+δt。

特殊地,當δr<< rx0時,(9)式可簡化為

(10)

這時u0與δt成線性關係

2、利用熱敏電阻測溫度

熱敏電阻具有負的電阻溫度係數,電阻值隨溫度升高而迅速下降,這是因為熱敏電阻由一些金屬氧化物如fe3o4、mgcr2o4等半導體制成,在這些半導體內部,自由電子數目隨溫度的升高增加得很快,導電能力很快增強;雖然原子振動也會加劇並阻礙電子的運動,但這種作用對導電效能的影響遠小於電子被釋放而改變導電效能的作用,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函式來描述:

(11)

式中a為常數。b為與材料有關的常數,t為絕對溫度。

為了求得準確的a和b,可將式(11)兩邊取對數

(12)

選取不同的溫度t,得到相應的rt,並繪lnrt-1/t曲線,即可求得a與b。常用半導體熱敏電阻的b值約為1500~5000k之間。

不同的溫度時rt有不同的值,電橋的u0也會有相應的變化。可以根據u0與t的函式關係,經標定後,用u0測量溫度t,但這時u0與t的關係是非線性的,顯示和使用不是很方便。這就需要對熱敏電阻進行線性化。

線性化的方法很多,常見的有:

①串聯法。通過選取一個合適的低溫度係數的電阻與熱敏電阻串聯,就可使溫度與電阻的倒數成線性關係;再用恆壓源構成測量電源,就可使測量電流與溫度成線性關係

②串並聯法。在熱敏電阻兩端串並聯電阻。總電阻是溫度的函式,在選定的溫度點進行級數,並令式的二次項為0,忽略高次項,從而求得串並聯電阻的阻值,這樣就可使總電阻與溫度成正比,溫度常為測量範圍的中間溫度。

詳細推導可由學生自己完成。

③非平衡電橋法。選擇合適的電橋引數,可使電橋輸出與溫度在一定的範圍內成近似的線性關係。

④用運算放大的結合電阻網路進行轉換,使輸出電壓與溫度成一定的線性關係

這裡我們重點講述一下用非平衡電橋進行線性化設計的方法。

在圖一中,r1、r2、r3為橋臂測量電阻,具有很小的溫度係數,rx為熱敏電阻,由於只檢測電橋的輸出電壓,故rl開路,這時

(13)

其中 可見u0是溫度t的函式,將u0在需要測量的溫區中點t1處按泰勒級數

(14)

其中 (15)

式中u01為常數項,不隨溫度變化。 為線性項,un代表所有的非線性項,它的值越小越好,為此令 =0,則un的三次項可看做是非線性次,從un的四次項開始數值很小,可以忽略不計。

根據以上的分析可推匯出如下表示式

u0=λ+m(t-t1)+n(t-t1)3 (16)

式中t和t1分別t和t1對應的攝氏溫度,線性函式部分為

u0=λ+m(t-t1) (17)

式中λ和m的值分別為

(18)

(19)

非線性部分為n(t-t1)3是系統誤差,詳細推導可自己進行或參看有關資料

線性化設計的過程如下:

根據給定的溫度範圍確定t1的值,一般為溫度中間值,e的值由電橋本身決定(約為3v),b值由熱敏電阻的特性決定,可根據(12)式所述求得。

根據非平衡電橋的顯示錶頭,適當選取λ和m的值,可考慮使顯示的毫伏數正好為攝氏溫度值,這時m=1mv/℃,λ為測溫範圍的中心值t1mv。如果要提高溫度讀數解析度,可選m=2mv/℃,這時λ為2t1mv。也可自選λ和m的值。

r3與r2的比值由下式求得

(20)

選好r3與r2的比值後,根據熱敏電阻在t1時的阻值大小,選擇與其值相近的r3值,即可確定r2的值。

五、實驗過程及資料處理

非平衡電橋和dht-1型多功能恆溫實驗儀的使用操作詳見說明書。

(一)、 用非平衡電橋測量電阻

1、預調電橋平衡

起始溫度可以選室溫或測量範圍內的其他溫度。

選等臂電橋或臥式電橋做一組u0、δr資料,先測出rx0= ____ω,可用單橋(或非平衡電橋的單橋方式)、數字電阻表測量,調節橋臂電阻,使u0=0,並記下初始溫度t0=___℃。

2 、將dht-1型多功能恆溫實驗儀的「熱敏電阻」端接到非平衡電橋輸入端,熱敏電阻的溫度特性見附錄2,以供參考。根據dht-1的顯示溫度,讀取相應的電橋輸出u0,每隔一定溫度測量一次,記錄於表1

表 1溫度(℃)

u0(mv)

3、根據測量結果作rx―t曲線,由圖求出 ,試與理論值比較,並作圖求出時40℃的電阻值rx(℃)= ____ ω

4、用立式電橋或比例電橋,重複以上步驟,做一組資料,列入表2

表 2溫度(℃)

u0(mv)

5、根據電橋的測量結果作rx―t曲線,試與前一曲線比較

6、分析以上測量的誤差大小,並討論原因。

(二)、用非平衡電橋測溫度

1、選10kω的熱敏電阻,設計的測量範圍為10~70℃。

2、根據前面測得的資料繪製lnrt―1/t曲線,並求得a= ____ 和b= ____ 。

3、已有的已知條件為e=3v,t1=313k,b已求得,再根據非平衡電橋選擇λ和m,推薦值為λ=40mv,m=1mv/℃;為提高測溫解析度也可選λ=80mv,m=2mv/℃,這樣可按(16)式求得r3/r2,r3的值可選熱敏電阻在40℃時的阻值。

注意:為縮短實驗時間,可先在課前以b值為3000k進行計算,並論證可行性,課上再根據實測值進行正式設計,確定r2、r3的值。

4、按以上計算的值選取橋臂電阻r1= ____ ω,r2=____ ω, r3= ____ω,並保持r1、r2、r3不變,改變溫度t,電橋輸出u0。,在設定的溫度測量範圍內測量u0與t的關係並記錄。

對測得的u0―t關係作圖並直線擬合,以檢查該溫度測量系統的線性和誤差

設計性實驗電容的測量,詳細的方法,實驗報告更好。跪求

什麼電容啊,電抄容不同測試方法不同。主要引數就這些 1 電容器的耐壓 常用固定式電容的直流工作電壓系列為 6.3v,10v,16v,25v,40v,63v,100v,160v,250v,400v。2 電容器容許誤差等級 常見的有七個等級如表7 所示。表 7容許誤差 2 5 10 20 20 30 5...

非平衡電橋與平衡電橋有什麼異同

相同點 都是表示電橋中某兩個特定的接點的電勢情況,相等時為平衡電橋,不相等時為不 非 平衡電橋。不同點 1 操作難易不同 平衡電橋的操作繁瑣 測量時間長 不 非 平衡電橋的操作簡便 測量時間短 易實現數字化測量。2 計算方法不同 平衡電橋是利用其平衡狀態分析和計算電橋線路 不 非 平衡電橋是根據電橋...

非貨幣性資產交換,非貨幣性資產交換是否具有商業實質?

首先判斷是否是非貨幣性資產交換 300 3900 7.6 25 具有商業實質,換成和入的資產不一樣,公允價值能可靠計量分錄甲公司 借 銀行存款 300 庫存商品 3600 增值稅進項 題目不知道考慮不考慮如果考慮付出的現金不正確累計攤銷 1200 貸 無形資產 4800 營業外收入 300 乙公司 ...