
根据测量方法,电桥可分为平衡电桥和不平衡电桥。虽然两者都可以精确测量电阻,但平衡电桥只能用来测量相对稳定的电阻,非平衡电桥可以用来测量连续变化的电阻。
1、平衡电桥惠斯通电桥(平衡电桥)的原理如图1所示。当调节R3使检流计G无电流时,C和D为等电位,电桥平衡,则得到
2、不平衡桥不平衡桥也叫不平衡桥或差动桥。图2是非平衡电桥的原理图,b和d之间有负载电阻Rg,用非平衡电桥测量电阻时,R1、R2和R3保持不变,当Rx (R4)变化时,U0变化。根据U0和Rx之间的函数关系,可以通过检测U0的变化来测量Rx。因为可以检测连续变化的U0,所以可以检测连续变化的Rx。
(1)不平衡桥的桥型
1)等臂电桥
桥的四条腿的电阻值相等,即R1=R2=R3=R4。
2)输出对称桥,也叫水平桥。
此时桥臂的电阻对输出端是对称的,即R1=R3=R,R2=R4=R’。并且RR’。
3)功率对称桥,又称垂直桥。
此时,从电桥的供电端看,桥臂的电阻是对称的,即R1=R2=R’,R3=R4=R,RR’。
4)比例电桥
这时桥臂的电阻有一定的比例关系,即R1=KR2,R3=K R4或R1=K R3,R2=K R4,K为比例系数。实际上,这是不平衡桥的一种普遍形式。
(2)不平衡电桥(电压输出形式)当2)Rg相对于桥臂的电阻很大时
当负载电阻Rg,即电桥输出处于开路状态时,Ig=0,只有输出电压,用U0表示。ABC半桥的电压降到我们这里(也就是电源电压)。根据分压原理,通过R1、R3两个臂的电流为
当满足条件R2R3=R1R4时,电桥输出U0=0,即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性,必须将电桥调整到测量起点的平衡状态,称为预调平衡。预平衡可以使输出只与一个臂的电阻变化有关。如果R1、R2和R3是固定的,R4就是要测量的电阻。当R4因外界条件变化(如温度T)而变为R4 R时,此时不平衡电桥产生的输出电压为
注:上述等式(7)至(9)中的“R and R”均为预平衡电阻。另外,当阻力增量R较小时,即满足R“R”时,上述三个公式(7)(9)的分母中所含的R项可以省略,公式可以简化,此处省略。
一般来说,等臂桥和输出对称桥的输出电压高于功率对称桥,所以灵敏度也高。而功率对称电桥的测量范围较大,选择R and R’可以扩大测量范围。R and R之间的差异越大,测量范围就越大。
用不平衡电桥测量电阻时,有必要将测量电阻Rx作为桥臂R4连接到不平衡电桥,并预先调整平衡。此时,电桥的输出电压为0。当外界条件(如温度t)发生变化时,被测电阻发生变化,电桥输出电压U00开始相应变化。测得这个电压U0后,就可以根据方程(7)(9)计算出R,然后就可以得到Rx=R4 R。
(3)不平衡电桥(功率输出形式)当RG与桥臂电阻相当时,当负载电阻Rg与桥臂电阻相当时,电桥不仅有输出电压Ug,还有输出电流Ig,也就是说输出功率。这种桥也叫动力桥。功率电桥可以表示为图3(a)。
应用有源端口网络定理,功率电桥可以简化为图3(b)所示的电路。UBD是BD之间的开路电压,用公式(5)表示,r”是有源端网络等效支路中的电阻,其值等于网络入口电阻Rr,为
3、半导体热敏电阻(2.7kMF51型)2.7kMF51型半导体热敏电阻是由某些过渡金属氧化物(主要是Mn、Co、Ni、Fe等氧化物)在一定烧结条件下形成的半导体金属氧化物,具有P型半导体的特性。对于一般的半导体材料,电阻率随温度的变化主要取决于载流子浓度,而迁移率随温度的变化相对可以忽略。而上述过渡金属氧化物则不同,在室温范围内基本电离,即载流子浓度基本与温度无关,此时主要考虑迁移率与温度的关系。随着温度的升高,迁移率增大,电阻率减小,所以这类金属氧化物半导体是负温度系数的热敏电阻元件,其阻温特性如表1所示。
根据理论分析,半导体热敏电阻的阻温特性的数学表达式通常可以表示为
其中R25和Rt分别为热敏电阻在25和t时的阻值,t=273tBn是材料常数,其值随不同的加工方法而变化。被测热敏电阻可由实验测得的电阻-温度曲线获得。我们也可以将等式(19)写成一个相对简单的表达式。








