非平衡电桥测量铂电阻的温度特性

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1、实验九非平衡电桥测量铂电阻的温度特性【实验目的】1．了解用非平衡电桥测量非电学量的方法。掌握用非平衡桥测量温度传感器—铂电阻的温度特性。2．了解非平衡电桥的四种工作方式及其应用。【实验原理】1．热电阻：即热敏电阻，是常用的一种热电式传感器，它利用导体电阻随温度变化而变化的特性，将温度大小转换为电阻大小，从而达到测量温度的目的。图9-1非平衡电桥电路简图本实验采用铂电阻。铂电阻温度系数大而稳定，电阻率高，电阻和温度之间关系在常温下呈线性关系，，铂电阻物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，常用作工业测温元件和测温标准。2．非平衡电桥：随着测量技术的发展，电桥的应用面不再局限于平衡电桥的范围

2、，非平衡电桥在非电量的测量中已得到广泛应用。将各种电阻型传感器接入电桥回路，桥路的非平衡电压就能反映出桥臂电阻的微小变化，因此，通过测量非平衡电压就可以检测出外界物理量的变化，例如温度、压力、湿度等。如图9-1所示，R1、R2和R3是选定的精密桥臂电阻，Rt为热电阻。当电源的输出电压E一定时，非平衡电桥桥路的输出电压Ut为（9-1）温度改变时，Ut随着热电阻Rt的改变而改变，因此，通过Ut值可以确定温度值。且当电桥平衡时Ut=0则由（9-2）可测定温度为t℃时的铂电阻值Rt。3．三端电桥原理：一般被测电阻大于100Ω时可直接用二端法将电阻Rt接入上述电路。但实际的温度测量中，由于热电阻的

3、电阻值很小，当引线较长时，接线电阻将带来较大误差。例如50Ω的铂电阻，当导线电阻为1Ω时，将会产生5℃的误差。为了解决这一问题，可选择三端电桥法测量。所谓三端电桥是指从待测电阻Rt两端引出三根接线。其中一端引一根线连接桥路，另一端引出两根线，一根称电位端连到电阻R3上，另一根为电流端连到电源回路上，如图9-2所示。这三端由于引线与接线会出现一定的接触电阻R4、R5、R6，但由于接线方式与长度基本相同，它们的阻值基本相同，在电桥平衡时R4、R5的作用相抵消，R6因为串接在电源回路，对测量没有影响。在非平衡电桥中，三端法测量电阻同样适用。图9-2三端电桥电路简图4．非平衡电桥的四种工作方式：

4、这里以非平衡电桥测量热敏电阻为例进行说明（如图9-1所示）。1）等臂电桥当电桥的三个桥臂阻值相等，即R1=R2=R3时称为等臂电桥。Rt在0℃（或某一起始温度t0℃）的电阻值被称为。先选R1=R2=1KΩ，令电桥在t0℃时平衡，则有=R3，再调R1=R2=R3=构成等臂电桥。然后改变温度t，Rt相应改变，电桥桥路有相应电压输出Ut，记录下不同温度t与相应Ut值，即可算出t时相应的Rt值。2）卧式电桥当R1=R3，但R1≠R2时称卧式电桥。电桥在t0℃时平衡，应有=R2。保持R2=值，则改变t时Rt变，桥路有相应输出Ut。记录下t与相应Ut值即可算出Rt值。3）立式电桥实验时先测出的值，然

5、后调节R1=R2，R3=，但R1≠R3，这时桥路已构成立式电桥，改变温度t，记录下不同温度t时的Ut，即可算出Rt值。4）比例电桥测出的值后，取R2=K，R1=KR3，K为倍率，为方便计算可选取整数，这时桥路已构成比例电桥。改变温度t，记录下不同温度t时的Ut，即可算出Rt值。上述几种电桥工作方式各有特点。等臂电桥和卧式电桥的测量范围较小，但有较高的灵敏度；立式电桥的测量范围较大，但灵敏度比前两个电桥要低；比例电桥可以灵活地选用桥臂电阻，且测量范围大，线性较好，所以在实际使用中较为广泛。【实验仪器】DHQJ-3型非平衡电桥、DHW-1A型温度传感器实验仪。实验仪器装置简介1．DHQJ-3

6、型非平衡电桥是一种综合性的电桥实验仪器，如图9-3所示。它可以组成属于平衡电桥的惠斯顿电桥（单桥）、开尔文电桥（双桥），也可以组成多种形式的非平衡电桥。图9-3DHQJ-3型非平衡电桥仪器结构及原理图1．工作电源负端；2．R1电阻端；3．R2电阻端；4、5．双桥电流端；6．电阻端；7．单桥被测端；8．R3电阻端；9．工作电源正端；10．数显直流毫伏表；11、12、13、14为R1电阻调节盘，分别为：×1000、×100、×10、×1电阻盘；15、16、17、18为R2电阻调节盘，分别为：×1000、×100、×10、×1电阻盘；19、20、21、22为R3和电阻调节盘，分别为：×1000

7、、×100、×10、×1电阻盘；23．电源指示灯；24．电源选择开关，分别可选：双桥、3V、6V、9V四种工作电源；25．电桥输出转换开关，扳向下为内接，扳向上为外接；26、27．电桥输出“外接”端；28．屏蔽端，接仪器外壳；29、30．电桥的B、G按钮，即工作电源和电桥输出通断按钮。2．DHW-1A型温度传感实验仪DHW-1A温度传感实验装置是为配合非平衡电桥测温实验而设计的专用加热装置（如图9-4所示），也可用于测量传感器温度特