文档介绍：电桥的原理和应用――交流电桥的原理及应用电桥是一种用比较法测量的仪量, 即将未知量跟已知量相比较进行测量, 它具有较高的灵敏度和准确度。利用电桥平衡原理构成的电测仪器, 不仅可以测电阻, 也可以测电容、电感, 并可通过这些物理量的测量来间接测量非电学量, 例如温度、压力等, 因此电桥电路在自动化仪表和自动控制中有着广泛的应用。电桥电路是电磁测量中电路连接的一种基本方式。电桥电路不仅可以使用直流电源, 而且可以使用交流电源,故有直流电桥和交流电桥之分。交流电桥在电子测量中占有重要的地位, 主要用于测量交流等效电阻及时间常数, 电容及其介质损耗; 自感及其线圈品质因数和互感等电气参数的精密测量, 也可用于非电量变换为相应电量参数的精密测量。常用的交流电桥分为阻抗比电桥和变压器电桥两大类****惯上一般称阻抗比电桥为交流电桥。本实验中交流电桥指的是阻抗比电桥。交流电桥的线路虽然和直流单臂电桥线路具有同样的结构形式, 但因为它的四个臂是阻抗, 所以它的平衡条件、线路的组成以及实现平衡的调整过程都比直流电桥复杂。【实验目的】 1 .掌握交流电桥的工作原理; 2. 了解交流桥路的特点和调节平衡的方法; 3 .学会使用交流电桥测量电容及其损耗因数 D; 4. 学会使用交流电桥测量电感及其 Q值。【实验仪器】 FB2020 型电桥综合实验平台、待测元件盒、交流检流计、导线【实验原理】图1 是交流电桥的原理线路,它与直流单臂电桥原理相似。在交流电桥中,四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成; 电桥的电源通常是正弦交流电源; 交流平衡指示仪的种类很多, 适用于不同频率范围。频率为 200Hz 以下时可采用谐振式检流计; 音频范围内可采用耳机作为平衡指示器; 音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器; 也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的交流检流计, 检流计指针指零( 或达到最小)时, 电桥达到平衡。一、交流电桥的平衡条件本实验在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中,四个桥臂由阻抗元件组成,在电桥的一个对角线 CD 上接入交流检流计,另一对角图1交流电桥原理图线 AB 上接入交流电源。当调节电桥参数, 使交流检流计中无电流通过时(即0? GI ), CD 两点的电位相等, 电桥达到平衡,这时有: ????? DB ADUU UU CB AC (1) 即: ??????? 3322 4411ZIZI ZIZI????(2) 两式相除有: 33 4422 11ZI ZIZI ZI?????(3) 当电桥平衡时, 0? GI ,由此可得: ????? 34 21II II (4) 所以 4231ZZZZ ?????(5) 上式就是交流电桥的平衡条件,它说明:当交流电桥达到平衡时,相对桥臂的阻抗的乘积相等。由图 1 可知,若第二桥臂由被测阻抗 xZ ?构成,则: 34 1ZZ ZZ x??????(6) 当其它桥臂的参数已知时,就可决定被测阻抗 Z x 的值。二、交流电桥平衡的分析下面我们对电桥的平衡条件作进一步的分析。在正弦交流情况下,桥臂阻抗可以写成复数的形式?j Ze jXRZ???(7) 若将电桥的平衡条件用复数的指数形式表示,则可得 4231 ????jj jjeZeZeZeZ???(8) 即)(42 )(31 ????????? j jeZZeZZ (9) 根据复数相等的条件,等式两端的幅模和幅角必须分别相等,故有????? 4231 4231???? ZZZZ ( 10) 上面就是平衡条件的另一种表现形式, 可见交流电桥的平衡必须满足两个条件: 一是相对桥臂上阻抗幅模的乘积相等;二是相对桥臂上阻抗幅角之和相等。由式( 10 )可以得出如下两点重要结论。 1. 交流电桥必须按照一定的方式配置桥臂阻抗如果用任意不同性质的四个阻抗组成一个电桥, 不一定能够调节到平衡, 因此必须把电桥各元件的性质按电桥的两个平衡条件作适当配合。一般在实验测量时, 常采用标准电抗元件来平衡被测量元件,所以实验中常采用以下形式的电路: ①将被测量元件 xZ ?与标准元件 nZ ?相邻放置, 比如在图(1)中n32ZZ ????= 、 xZZ?, 这时由公式( 5 )可知: nxZZ ZZ ???? 4 1?( 11) 式中的比值 4 1Z Z??称为“臂比”,故名“臂比电桥”,一般情况下 4 1Z Z??为实数,因此 nZ ??、 xZ 必须是具有相同性质的元件,改变臂比可以改变量程。②将被测量元件与标准元件相对放置, 比如图(1)中n42ZZ ????= 、 xZZ?, 这时同公式(5) 可知: nn xYZZZ ZZZ ???????????? 31 31 ( 12) 式中 31ZZ ???称为“臂乘”, 故名“臂