CN1465981A - 一种实验用电桥 - Google Patents

Abstract

一种实验用电桥，高校物理实验时可以测量电阻及用各种电阻型传感器进行非平衡电桥实验。它有二个比例臂，一个比较臂，另一桥臂用于接被测量；它的桥路电压连续可调，并有除法电路使检流计两端输出电压与被测量的阻值变化成线性关系。

Description

一种实验用电桥

                           技术领域

本发明涉及对电阻的测量，以及用电阻型传感器进行实验的装置。

                           背景技术

目前市售的各种电桥，其采用电源的电压均不可调这样要验证“电桥在电源对角线上电压高低影响检流计灵敏度”，这个论断实验做起来就比较麻烦，在做电阻型传感器实验时，总希望传感器的阻值在某个变化区间能使连接在检流计对角线上的电表变化正好从零到满度，现有各种电桥做不到这一点，必须外接滑线电阻器来调节桥体电源对角线上的电压，使检流计对角线上的电压正好使电表满度，而且传感器阻值变化时，对应检流计端输出电压变化为非线性的，目前尚没有线性输出的电桥，也没有采用恒流源供电的电桥。

现在生产的各种电桥，二个比例臂位置不可调换，比例臂误差不可消除。

                           发明内容

为了使电桥电源对角线上的电压或电流实现连续可调，对于采用市电经转换而成的电桥电源，可以在电源输出端并联电位器两端，滑动端接入桥路，通过改变滑动触点到地端阻值来改变桥路电压；或者直接把市电转换成可调稳压电源。

对于电池为电源的电桥，可以在电桥总，回路串联一个可调电阻来改变电桥电源端电压。

通过这样的改进，“电桥电源对角线上的电压高低影响检流计的灵敏度”，这个论断很容易在新电桥上得到验证。

对要求恒流源的桥式传感器实验，可以把市电转换成可调恒流源。

这样，当电阻型传感器作为电桥的桥臂，在某个额定电阻变化区间不够使对角线上的电表从零到满度的话，可以调高电源对角线的电压或增大电流；反之，可以降低电压或减小电流，使得传感器在该额定变化区间正好使电表示值从零到满度，这个电表可以是指针式，也可以是数字式。

在二个比例臂与检流计连接处装一个换向开关，使二个比例臂位置可以调换，以利于消除比例臂引起的测量误差。

如果在电桥内设有除法电路，可以使检流计两端输出电压与桥臂被测量的阻值变化成线性关系。

                           附图说明

图1是利用串联在总回路中的可调电阻来改变电桥电源对角线上A、B两点电压。

图2是利用并联在电源两端上的可调电阻来获取电桥电源对角线上A、B两点电压。

图3是把市电直接变换成可调稳压源。

图4是把市电转换成可调恒流源。

图5是线性化电桥实施例。

图中，1、比例臂电阻；2、比例臂电阻；3、比较臂电阻； 4、以电阻为特征的被测量，这里可以是电阻或电阻型传感器；5、指零仪；6、可调电阻；7、电压表；8、固定电阻；9、三端稳压器317；10、电容；11、三端稳压器7809；12电解电容；13、整流电路；14、工频变压器；15、整流电路；16、电解电容；17、电容；18、电阻；19、负三端稳压器；20毫安表；21、电池组；22、工频变压器；23、除法器；24、数字电压表；25、可调稳压电源； 26、换向开关；27、转换开关；28、转换开关；29、运算放大器；30、运算放大器。

图中A、B、C、D表示电桥桥体四个顶点，B’、D’并表示测量臂上的二个接线柱，E、F表示市电经变换后直流可调稳压电源正、负二个输出端。

                         具体实施方式

图1是本发明的一个实施例。

在图1中，电池组21通过滑线电阻6后，给桥体供电，当滑线电阻6阻值增大时，ACB间电压就减小，滑线电阻值减小时，ACB间电压就增大。在桥体中，电阻1及2组成比例臂，电阻3组成比较臂，被测量物体4连接接线柱B’及D’后通过调节比例臂电阻1及2进行粗调，调节比较臂电阻3进行细调，指零仪指零时，电桥平衡，这时

当被测量物体4是电阻型传感器时，如果要求指零仪指示范围正好与传感器变动范围一致，可先将传感器变动范围起始点使检流计指零，传感器变动范围的终点可以通过改变可调电阻6的阻值来改变ACB间电压，使指零仪指示满度值。

图2是另一个实施例

在图2中可调电阻6两端点并联在直流电源输入端，滑动触点与电桥A端相连，并有电压表7与负极相连进行电压显示，改变滑动触点的位置，可以改变ACB间电压，桥体同第一个实施例。

图3中，220V市电经工频变压器14降压后，通过整流电路13，电解电容12滤波，再经三端稳压器7809稳压，电容10为了改善纹波； W317三端稳压器9输出电压在本电路中应该小于6V，由于W317输出给电阻8及可调电阻6是恒流源，因此改变电阻6的阻值，就可以改变ACB间电压。

U_ACH＝1.25(1+可调电阻6的阻值÷电阻8阻值)

桥体部分同第一个实施例。

图4是把市电转换成可调恒流源对桥体供电的实施例。

在图4中，220V市电经工频变压器22降压后分二路输出，一路由整流电路13滤波电容12后，进入三端稳压器W317，由于本电路的桥体处于恒流源位置，因此改变可调电阻6就可以改变流经A、B端点电流的大小。W317最小供电电流为5mA，为了获得从零安培起调的电流，特地从工频变压器22中再引出一路电源，经整流电路15滤波电容16后流经负三端稳压器W337，电路中电容10及17为了改善纹波，固定电阻18的阻值约等于电阻8与电阻6的阻值之和，因此负三端稳压器19可以用来吸收5mA电流，使A、B端电流为零。

本电路中，如果将电阻8与可调电阻6固定的阻值，那么桥体A、B端成为恒流供电电桥。

图5是另一个实施例

经市电变换后的可调稳压电源25，正极E电流流到A后分二路流到二个比例臂1及2各通过10Ω、100Ω、1KΩ、10KΩ四档来改变电桥比例，转换开关26可以交换二个比例臂1及2的位置，检流计对角线CD上转换开头27打向左边为断路，向右转换的次为100KΩ、10KΩ、50wΩ₁，直接及进入除法电路。其中100KΩ、10KΩ、500Ω三只电阻及直接四档用于改变检流计灵敏度，桥臂BD上的转换开头28指向10Ω、100Ω、1KΩ三只电阻档位时，用于除法电路，指向直通时作为通用单臂电桥。

如果换向开关26在某位置时，则得被测量4为R_o，换向开关26调个位置则得被测量为R_o’，那么被测量4的值应该为 这可以消除比例臂引起的测量误差。

当被测量4是热敏电阻时，开关27指向最右边进行除法运算档，比例臂1及2，比较臂3及转换开关28指向同一示值，设该值为R，(R可以为10Ω、100Ω、1KΩ三档)被测量4电阻值设为Rx；这时 $U_{\mathrm{CD}}=\frac{U_{\mathrm{FF}}}{2}\·\frac{R_X/2R}{1+(R_X/2R)}$    $U_{\mathrm{DB}}=\frac{U_{\mathrm{FF}}}{2}\·\frac{1}{1+(R_X/2R)}$ U_CD经运算放大器29，及电阻R₁，R₂进行电压放大后，输出电压值 $U_{\mathrm{CD}}\text{'}=\frac{R_2}{R_1}\·U_{\mathrm{CD}}$ 同理，U_DB经运算放大器30及电阻R₃，R₄放大后输出电压 $U_{\mathrm{DB}}\text{'}=\frac{R_4}{R_3}\·U_{\mathrm{DB}}$ 将U_CD及U_CD送入除法器时 $\frac{U_{\mathrm{CD}}\text{'}}{U_{\mathrm{DB}}\text{'}}=\frac{R_2{R}_3}{R_1{R}_4}\·\frac{\mathrm{RX}}{2R}$ 所以送入DVM电压与电源U_BP的电压波动无关；且R₁，R₂，R₃，R₄及R都是固定值，送入DVM电压大小与R₂值成正比，这就实现了非平衡电桥的线性化。

Claims (6)

1、一种实验用电桥，它有比例臂(1)及比例臂(2)，有比较臂(3)，当被测量接入电桥后，通过指零仪(5)显示平衡状态或被测量变化状态，其特征在于加在电源对角线两个端点(A)及(B)间的电压是可调的。

2、根据权利要求1所述的实验用电桥，其电源对角线两端点(A)及(B)间的电压也可以是由恒流源对桥体供电而获得，恒流源电流的大小可以是定值、分档可调或连续可调。

3、根据权利要求1或2所述的实验用电桥，其比例臂(1)及比例臂(2)在桥体中的位置可以互换的。

4、根据权利要求1或2可述的实验用电桥，其桥体与电压或电流的调节部份是装在同一箱体内的。

5、根据权利要求1或2所述的实验用电桥，其电源可以从市电转换而来的。其转换部份与桥体装在同一箱体内。

6、根据权利要求1或2所述的实验用电桥，其内部采用除法器，使得检流计端输出电压与桥臂电阻变化成线性关系，且检流计输出电压大小与电桥电源对角线端的电压大小无关。

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