文档介绍：非平衡电桥的原理和应用
引言
电桥可分为平衡平桥和非平衡电桥，非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥。以往在教学中往往只做平衡电桥实验。近年来，非平衡电桥在教学中受到了较多的重视，因为通过它可以测量一些变化的非电量，这就把电桥的应用范
围扩展到很多领域，实际上在工程测量中非平衡电桥已经得到了广泛的应用。
一、实验目的及要求
1、掌握非平衡电桥的工作原理以及与平衡电桥的异同
2、掌握利用非平衡电桥的输出电压来测量变化电阻的原理和方法
3、学****与掌握根据不同被测对象灵活选择不同的桥路形式进行测量
4、掌握非平衡电桥测量温度的方法，并类推至测其它非电量
5、用非平衡电桥测量热敏电阻的温度特性
6、用热敏电阻为传感器结合非平衡电桥设计测量范围为 10~70C的数显温度计
二、实验仪器
1、非平衡电桥（DHQJ-1、DHQJ-2、DHQJ-3、 DHQJ-5 型任选一种）
2、 DHW-2型多功能恒温实验仪
3、 10K Q热敏电阻
三、实验原理
非平衡电桥在构成形式上与平衡电桥相似，但测量方法上有很大差别。平衡电桥是调节R3使Ir=05 R2从而得到，非平衡电桥则是使Ri、R2、
R3保持不变，Rx变化时则Uo变化。再根据Uo与Rx的函数关系，通过检测U。的变化从而测得Rx,由于可以检测连续变化的Uo，所以可以检测连续变化的Rx, 进而检测连续变化的非电量。
（一）非平衡电桥的桥路形式
1、等臂电桥
电桥的四个桥臂阻值相等，即 Ri=R2=R3=Rxo ；其中Rxo是Rx的初始值，这时电桥处于平衡状态，Uo=o。
2、卧式电桥也称输出对称电桥
这时电桥的桥臂电阻对称于输出端，即 Rl = Rxo , R2=R3，但Ri半R2
3、立式电桥也称电源对称电桥
这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称相等即
Ri=R2 RxO = R3 但 Rl 工 R3
4、比例电桥
这时桥臂电阻成一定的比例关系，即 Ri=KR2 , R3 = KRo或Ri=KR3 ,
R2=KRxo , K为比例系数。实际上这是一般形式的非平衡电桥。
（二）非平衡电桥的输出
非平衡电桥的输出有两种情况：一种是输出端开路或负载电阻很大近似于开路，如后接高内阻数字电压表或高输入阻抗运放等情况，这时称为电压输出，实际使用中大多采用这种方式；另一种是输出端接有一定阻值的负载电阻，这时称为功率输出，简称功率电桥。
下面我们分析一下电压输出时的输出电压与被测电阻的变化关系，功率电桥的输出可参见附录。
图二（a）
根据戴维南定理，图一所示的桥路可等效为图二（a）所示的二端口网络。
图二（b）
其中Uoc为输出端开路的输出电压。Ri为输出阻抗，等效图见图二（b）.
可见
其中
II Rl
Ri +1
R1 Rx Ri
Ri+Rx R2+R3
Rl (Ri + Rx
R3R2
Rx e
R2 R3
(1)
电压输出的情况下Rl tx,所以有
Rx R3 e
Ri Rx R2 R3
Uo 二
(2)
令Rx=Rxo + A R, Rx为被测电阻，Rxo为其初始值，△ R为电阻变化量。通过整理，（1）、（2）式分别变为
R R2
Uo E
Ri +RL (R1 +RX0 + AR)(R2 +R3)
(3)
ri e
Uo =——R石 E R
（ri+rxo）1 +
Ri + Rxo
这是作为一般形式非平衡电桥的输出与被测电阻的函数关系特殊地，对于等臂电桥和卧式电桥（4）式简化为
Uo」旦
4 Rxo
—- R
AR
1
2Rxo
立式电桥和比例电桥的输出与 ⑷ 式相同。
被测电阻的△ Rv< Rxo时，⑷ 式可简化为
Ri
(5)式可进-步
U0 2 E •.：：R
(Ri + Rxo)
一止简化为
(6)
U0 =— — R
4 Rxo
这时Uo与厶R成线性关系
用非平衡电桥测量电阻的方法
1、将被测电阻(传感器)接入非平衡电桥，并进行初始平衡，这时电桥
输出为o。改变被测的非电量，则被测电阻也变化。这时电桥也相应的电压 Uo
输出。测出这个电压后，可根据 ⑷ 式或(5)式计算得到△ R。对于△ R«Rxo 的情况下可按(6)式或(7)式计算得到△ R。
2、根据测量结果求得 Rx=Rxo + △ R,并可作Uo-△ R曲线，曲线的斜率就是电桥的测量灵敏度。根据所得曲线，可由 Uo的值得到厶R的值，也就是可根据电桥的输出Uo来测得被测电阻Rx。
用非平衡电桥测温度方法
1、用线性电阻测温度
一般来说，金属的电阻随温度的变化为
Rx=Rxo (