惠斯登電橋原理

1、惠斯登電橋的原理與應(yīng)用人學(xué)物理基礎(chǔ)性實驗樂山電大幸榮安【摘要】惠斯登電橋是大學(xué)物理基礎(chǔ)性實驗之一。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，還要求對每一 個原理在其它項目中的應(yīng)用。本文對惠斯登電橋原理作了一般性的論證分析外，還對對惠斯 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人小的方法，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，幾乎省去人在判讀時所形成的誤差。並且由于它的精細

2、，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 橋是如何能夠達到精確、精細的功能？以下就來了解它的原理。一、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“臂” Rl、R2、R3、Rx,當檢流計G的指針指零，E、D 兩點電位相等，則有13故 L - A I2 - Is且 IlRl = IxHrI2B2 - I金(71)于是有 Ri_ _ &式稱為比率k。箱式惠斯登電橋的比率K有0.00b 0.0b 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G為零， 由R

3、x= KR3求出待測電阻Rx值。電流計G的E、D兩點電位(72)図+氣)(+%)(73)由上式看出，當R1R3= RjRx時，電流計G的E、D兩點電位差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為例）圖（a）分析箱式惠斯登電橋的結(jié)構(gòu)線路.提示：當比率轉(zhuǎn)換開關(guān)K連接到0.001的扌當位時、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,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:由四個可變電阻箱串聯(lián)組成.每個可變電阻箱的擋位XI Q、 X10Q、X100Q、X1000Q構(gòu)成.箱式惠斯登電橋的操作

4、法1.檢流計的指針作調(diào)零處理.2. 確定待測量電阻的人致數(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. 測量時用躍接法按下“E”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、變壓器等）時，應(yīng)先接通”E“和后接通”G”按鈕，斷開時應(yīng)先放開 G”再放開“B”.使用完畢,必須斷開” E”和” G按鈕,并且將檢流計的聯(lián)接片接在”內(nèi)接”位置迪保護檢流 計.圖2.箱式惠斯登電橋的結(jié)構(gòu)（以QJ23型箱式直流單臂電橋為例）圖（B）三、測量方

5、法比只神+R心瓦-RJjj(盡 + 知)(+&)+&($+&$1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.2. 交換測量法：克=竺R?二疋Ri當比率K不變火x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)，說明此法町以抵消系統(tǒng)誤差的影響.四、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，同時廣泛應(yīng)用在自動控制技術(shù)中.3. 惠斯登電橋原理在溫度控制技術(shù)中的應(yīng)用若Rl、R2、R3為固定電阻，Rx為熱敏

6、電阻，即隨溫度變化的電阻，Rx=R (t)o設(shè)室沽11= tO時，Rx= RxO,當溫度t = t0+ t 時，Rx = Rx(KARx 由(4-22-3)式求得電壓 Uo 為：(7-4)在室溫tO時要預(yù)調(diào)平衡，即調(diào)節(jié)R1、R2和R3,使RlR3=R2RxO,貝lj (4-22-4) 式變?yōu)椋?7-5 )若Rx電阻變化很小，ARkwRI、R2、R3,則(4-22-5)式分母中ARx項可以 略去，(7-5)式變?yōu)椋?76)這個電壓Uo是溫度升高引起的，可以用這個電壓Uo去控制溫度調(diào)控設(shè)備。五、惠斯登電橋各橋臂之間的三種典型情況，卞面分別進行分析討論： 等臂電橋：Rl=R2=R3=RxO , (7

7、-6)式變?yōu)椋?77) 輸出對稱電橋(電流計端等臂)，也稱臥式電橋：當Rl=RxO, R2=R3,且RIH R3, (7-6 )式變?yōu)椋篠且竺即眼=幣險4心%(7-8) 電源對稱電橋(電源端等臂)，也稱為立式電橋：當R1=R2, R3=RxO,且RIH R3, (4-22-6)式變?yōu)椋憾M掩電(7-9)由上三式可以看出，當厶Rx Rl. R2、R3時，三種電橋的輸出電壓Uo 均與成線性關(guān)系.若RxO、ARx相同情況卞，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 的慮&氏1 +血(& +禺尸二念+禺(7-10)項看出可以通過選擇Rl、R3來擴人測量范圍，Rl、R3差距越人，Rx測量范闈也越 大。而測量電壓Uo后，計算出ARx,從而求得Rx= RxO+ARx。六、思考題1. 了解惠斯登電橋的原理和橋式電路的特點；2. 學(xué)會使用電橋測電阻的方法；3. 學(xué)會消除系統(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. 什么時候用平衡電橋測電阻較好，什么時候用非平衡電橋測電阻較好？6. 非平衡電橋中立式橋為什么比臥式橋測量范圍大？