惠斯登电桥原理

1、惠斯登电桥的原理与应用人学物理基础性实验乐山电大幸荣安【摘要】惠斯登电桥是大学物理基础性实验之一。教学辅导中发现,在理工科中，不同专业的学员，对惠斯登电桥原理的学习要求各不相同，有的专业学员对惠斯登电桥原理 只作一般性了解和使用；而电子工程技术类的学员则作一般性了解和使用外，还要求对每一 个原理在其它项目中的应用。本文对惠斯登电桥原理作了一般性的论证分析外，还对对惠斯 登电桥原理在温度控制技术作了入门式讨论分析。【关键词】惠斯登电桥交换测量法热敏电阻这里介紹一种測量电阻值人小的方法，這种方法称为惠斯登电桥測量法。它的特別 之处，是在于精确、精細，几乎省去人在判读時所形成的誤差。並且由于它的精細

2、，我們要 用它去測量电阻阻值和測量电阻随温度变化的情形，也就是电阻的温度系数。究竟惠斯登电 桥是如何能够达到精确、精細的功能？以下就来了解它的原理。一、惠斯登电桥（平衡电桥）测电阻的原理.惠斯登电桥原理图1中，接通电源，调节电桥平衡，即调节电桥四个“臂” Rl、R2、R3、Rx,当检流计G的指针指零，E、D 两点电位相等，则有13故 L - A I2 - Is且 IlRl = IxHrI2B2 - I金(71)于是有 Ri_ _ &式称为比率k。箱式惠斯登电桥的比率K有0.00b 0.0b 0.1, 1, 10, 100,1000七档。根据待测电阻Rx大小选择K,调节R3使检流计G为零， 由R

3、x= KR3求出待测电阻Rx值。电流计G的E、D两点电位(72)図+气)(+%)(73)由上式看出，当R1R3= RjRx时，电流计G的E、D两点电位差Uo=0,电桥处于 平衡，这就是惠斯登电桥。二、箱式惠斯登电桥的结构线路（以QJ23型箱式直流单臂电桥为例）图（a）分析箱式惠斯登电桥的结构线路.提示：当比率转换开关K连接到0.001的扌当位时、R1代 表一只电阻的值，而R2代表7只电阻串联值.在不同的挡位时,R1 R2所代表的电阻串联值. 各不相同.Rx:被测电阻接线柱R3:由四个可变电阻箱串联组成.每个可变电阻箱的挡位XI Q、 X10Q、X100Q、X1000Q构成.箱式惠斯登电桥的操作

4、法1.检流计的指针作调零处理.2. 确定待测量电阻的人致数值，在Rx被测电阻接线柱间接上被测量电阻.3. 根据被测量电阻的大小值选定比率转换开关K连接的挡位.4. 测量时用跃接法按下“E”和“G “按钮（按下后立即松开），若指针偏向”+”方向则增加R3的数值;若指针偏向方向,则减小R3的数值，反复调 节直至电桥平衡.5. 测量有感电阻（如电机、变压器等）时，应先接通”E“和后接通”G”按钮，断开时应先放开 G”再放开“B”.使用完毕,必须断开” E”和” G按钮,并且将检流计的联接片接在”内接”位置迪保护检流 计.图2.箱式惠斯登电桥的结构（以QJ23型箱式直流单臂电桥为例）图（B）三、测量方

5、法比只神+R心瓦-RJjj(尽 + 知)(+&)+&($+&$1在被测电阻位置接待测电阻Rx按惠斯登电桥的操作方法直接测量.2. 交换测量法：克=竺R?二疋Ri当比率K不变火x和R3的位置相互交换，得到R、3= KRx , R、3是交换后电桥平衡 的新值，将Rx=KR3和R、3=KRx两式整理得得到的结果与比率K系统无关，说明此法町以抵消系统误差的影响.四、惠斯登电桥原理在温度控制技术中的应用惠斯登电桥原理的应用:惠斯登电桥可以测量电阻、电容、电感、温度、频率、 及压力等许多物理量，同时广泛应用在自动控制技术中.3. 惠斯登电桥原理在温度控制技术中的应用若Rl、R2、R3为固定电阻，Rx为热敏

6、电阻，即随温度变化的电阻，Rx=R (t)o设室沽11= tO时，Rx= RxO,当温度t = t0+ t 时，Rx = Rx(KARx 由(4-22-3)式求得电压 Uo 为：(7-4)在室温tO时要预调平衡，即调节R1、R2和R3,使RlR3=R2RxO,贝lj (4-22-4) 式变为：(7-5 )若Rx电阻变化很小，ARkwRI、R2、R3,则(4-22-5)式分母中ARx项可以 略去，(7-5)式变为：(76)这个电压Uo是温度升高引起的，可以用这个电压Uo去控制温度调控设备。五、惠斯登电桥各桥臂之间的三种典型情况，卞面分别进行分析讨论： 等臂电桥：Rl=R2=R3=RxO , (7

7、-6)式变为：(77) 输出对称电桥(电流计端等臂)，也称卧式电桥：当Rl=RxO, R2=R3,且RIH R3, (7-6 )式变为：S且竺即眼=幣险4心%(7-8) 电源对称电桥(电源端等臂)，也称为立式电桥：当R1=R2, R3=RxO,且RIH R3, (4-22-6)式变为：二尽掩电(7-9)由上三式可以看出，当厶Rx Rl. R2、R3时，三种电桥的输出电压Uo 均与成线性关系.若RxO、ARx相同情况卞，等臂电桥、卧式电桥输出电压Uo比 立式电桥输出电压Uo高，故灵敏度也高；而立式电桥测量范围大，从(7-9)式中 的虑&氏1 +血(& +禺尸二念+禺(7-10)项看出可以通过选择Rl、R3来扩人测量范围，Rl、R3差距越人，Rx测量范闱也越 大。而测量电压Uo后，计算出ARx,从而求得Rx= RxO+ARx。六、思考题1. 了解惠斯登电桥的原理和桥式电路的特点；2. 学会使用电桥测电阻的方法；3. 学会消除系统误差的一种方法交换测量法4. 平衡电桥与非平衡电桥有哪些不同？5. 什么时候用平衡电桥测电阻较好，什么时候用非平衡电桥测电阻较好？6. 非平衡电桥中立式桥为什么比卧式桥测量范围大？