CN208833372U - 利用非平衡电桥测光强的测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种利用非平衡电桥测光强的测量仪，涉及电桥实验设备领域，包括底板、光源发生装置、电源以及平衡电桥电路，电源与平衡电桥电路电连接，平衡电桥电路包括光敏电阻、数字电压表、数字电阻表以及三个可调电阻，光敏电阻与三个可调电阻首尾相连形成闭环电路，光敏电阻和三个可调电阻之间设置两个第一连接点和两个第二连接点，两个第一连接点分别与数字电压表的测量端连接，两个第二连接点分别与电源的两个电极连接，数字电压表和数字电阻表均与电源连接，光源发生装置与光敏电阻对应。本装置采用可调度数电阻，能够减小实验误差，同时做实验时能够更加灵活方便，能够多次改变电阻的阻值从而得到多组数据来验证最后结论。

Description

利用非平衡电桥测光强的测量仪

技术领域

本实用新型主要涉及电桥实验设备领域，具体而言，涉及一种利用非平衡电桥测光强的测量仪。

背景技术

电桥可分为平衡电桥及非平衡电桥，在以往的实验教学中，平衡电桥实验占绝大多数，实际上在工程测量中大多应用的是非平衡电桥，因为通过它可以测量一些变化的非电量，因此，对于非平衡电桥的实验教学往往更具有实际意义。目前教学多利用压敏电阻对非平衡电桥进行研究。

利用压敏电阻研究非平衡电桥的结构和工作原理：

非平衡电桥原理图如图1所示，R_x为压力传感器，其阻值随压力的变化而变化，R₁、R₂、R₃为可调电位器，各电位器阻值为R₂＝R₃，R₁＝R_X0，R_X0为压力传感器初始阻值，E为恒压源(电压约5V)，输出电压使用高内阻的数字传感器测得，输出电压与电阻变化量的关系为

ΔR为压力传感器阻值变化量，通过测量输出电压，可以求得ΔR的值，此时压力传感器的阻值R_x＝R_x0+ΔR，从而可以根据压力传感器的阻值——压力关系得到此时所施加压力的大小。

现有压敏电阻研究非平衡电桥的实验所选用的电阻R₁、R₂、R₃均为固定阻值电阻，其值不可调且存在一定误差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种利用非平衡电桥测光强的测量仪，使上述的问题得到有效改善。

本实用新型是这样实现的：

基于上述目的，本实用新型的实施例提供了一种利用非平衡电桥测光强的测量仪，包括底板以及安装于所述底板的光源发生装置、电源以及平衡电桥电路，所述电源与所述平衡电桥电路电连接，平衡电桥电路包括光敏电阻、数字电压表、数字电阻表以及三个可调电阻，所述光敏电阻与三个所述可调电阻首尾相连形成闭环电路，所述光敏电阻和三个可调电阻之间通过四根连接线连接，相对的两根连接线之间设置第一连接点，另外两根相对的连接线之间设置第二连接点，两个所述第一连接点分别与所述数字电压表的测量端连接，两个所述第二连接点分别与所述电源的两个电极连接，所述数字电压表和所述数字电阻表均与所述电源连接，所述光源发生装置与所述光敏电阻对应，且所述光源发生装置用于调节所述光敏电阻周围的光强。

在本实用新型的可选实施例中，所述光源发生装置包括调压器、杯灯以及凸透镜，所述调压器分别与电源和杯灯连接，且所述调压器用于控制所述杯灯的输入电压，所述凸透镜设置于所述杯灯和所述光敏电阻之间，且凸透镜用于将所述杯灯的光束汇集于所述光敏电阻。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的实施例提供的一种利用非平衡电桥测光强的测量仪，相比与一些常规的电桥实验，在电阻方面都是采用的固定电阻，而该装置采用可调度数电阻，在很大程度上能够减小误差，同时做实验时能够更加灵活方便，能够多次改变电阻的阻值从而得到多组数据来验证最后结论。同时在测量方面的放弃常规的欧姆表和电压表，采用接通电源工作的数字欧姆表和电压表，使得该装置更加轻便，同时测量和读数也编的很方便。

材料选取方面都选取了较为轻便的材料，使整个装置尽可能在能较好完成任务的同时节约材料和经费。尤其是摒弃常规的压敏而选择光敏电阻，使得整个实验的技术在常规上有了突破。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是亚敏电阻研究非平衡电桥的原理图；

图2是本实用新型实施例提供的利用非平衡电桥测光强的测量仪结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的光敏电阻的阻值变化随照度的变化曲线图。

图标：10-光源发生装置；11-调压器；12-杯灯；13-凸透镜；20-电源；30-平衡电桥电路；31-光敏电阻；32-数字电压表；33-数字电阻表；34-可调电阻；35-第一连接点；36-第二连接点；40-底板。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。

实施例

请参照图2所示，本实用新型的实施例提供了一种利用光敏电阻31制作的非平衡电桥测量仪，包括底板40以及安装于底板40的光源发生装置10、电源20以及平衡电桥电路30，电源20与平衡电桥电路30电连接，电源20提供电能，光源发生装置10用于产生和调节实验所需的光强，由此改变电桥中光敏电阻31阻值，改变电桥电路的状态。

平衡电桥电路30包括光敏电阻31、数字电压表32、数字电阻表33以及三个可调电阻34，数字电压表32的型号为CS5145A-DC，数字电阻表33的型号为SM3D-R2M和电源20的型号为QJ3003D，上述各元件的型号也可以根据实际需求进行更换。光敏电阻31与三个可调电阻34首尾相连形成闭环电路，光敏电阻31和三个可调电阻34之间通过四根连接线连接，相对的两根连接线之间设置第一连接点35，另外两根相对的连接线之间设置第二连接点36，两个第一连接点35分别与数字电压表32的测量端连接，两个第二连接点36分别与电源20的两个电极连接，数字电压表32和数字电阻表33均与电源20连接，光源发生装置10与光敏电阻31对应，且光源发生装置10用于调节光敏电阻31周围的光强。

在本实施例中，光源发生装置10包括调压器11、杯灯12以及凸透镜13，调压器11分别与电源20和杯灯12连接，且调压器11用于控制杯灯12的输入电压，凸透镜13设置于杯灯12和光敏电阻31之间，且凸透镜13用于将杯灯12的光束汇集于光敏电阻31。

需要说明的是，这里的杯灯12是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。常规的灯是利用物体的热辐射实现的，而LED灯是一种将电能转化为可见光的固态半导体器件。杯灯12的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子，中间通常是一至五个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量。

由光敏电阻31和三个可调电阻34形成的电桥电路由外电源20提供电压U，用电阻表测量三个可变电阻阻值，R1、R2和R3，在测量的过程中对三个可变电阻的电阻值进行调节直至调节至实验所需阻值，并保持恒定。光敏电阻31用Rx表示，可通过改变光强来调节其阻值。数字电压表32测量电桥的非平衡电压Ux。

由此可得出光敏电阻31阻值计算公式：

由上述公式即可计算出光敏电阻31阻值，再通过查表，找出对应阻值的光照强度即可的得出光照强度。

由于实验条件限制，所选数字电子表最大量程为2KΩ，数字电压表32量程为2V。为使电表能正常工作，所以可变电阻调节在2KΩ以下，电桥电源20选取4V以下。同时，为方便在实验中随时测量电阻阻值和电压，电阻采用接线柱独立连接。由于实验条件，数字电阻表33量程为2KΩ，对于光敏电阻31，其阻值往往超过2KΩ，可用上述公式计算，如光敏电阻31阻值小于2KΩ，则可直接由数字电阻表33测量。

以下为利用光敏电阻31制作的非平衡电桥的测量仪工作原理进行实验的具体方法步骤：

步骤一：

将仪器设备先连接好，确定好使用的电阻阻值，使所有的开关处于闭合的状态。

先将开始时各电阻的阻值分别记录下来，调试仪器处于最佳的状态。

步骤二：

一切准备就绪后，开始打开各个电源20的开关并记录下此时杯灯12的电压，以及光敏电阻31两端与电桥输出两端的电压值。

完成上述步骤，开始调节开关调节器，使杯灯12开始发光，当到一定亮度时开始记录杯灯12两端的电压以及光敏电阻31阻值改变量，并测出非平衡状态下电桥的电压输出值，并记录。

重复以上的步骤几次直至到杯灯12的亮度达到了最大的限度，依次记录下相应的光敏电阻31阻值的变化量，杯灯12两端的电压值，以及非平衡状态下的电桥电压的输出量。

步骤三：

完成上述的步骤后，将采集的数据根据上述的公式便可了解到电桥的变化使输出的电压也会变化的相应规律。

如图3所示，在经过多次试验后，得出了光敏电阻31阻值变化随照度的变化曲线，可得当照度增大时，光敏电阻31阻值变小，反之当照度减小时，光敏电阻31阻值变大。

装置的具体使用方法为：首先调节电桥三个可变电阻阻值为合理值，在打开光源发生装置10，调节调压器11使光源光强逐渐升高，可观察到电桥数字电压表32所测非平衡电压变化，当电压表示数为0时，电桥平衡。

本实验装置提供光强可调光源，同时通过电桥中的光敏电阻31改变电桥状态，并用数字电压表32显示得平衡电压。由此可用于以下用途：

测量光强，可以通过对光敏电阻31阻值的计算或测量得出其阻值，再配合光敏电阻31阻值与光强对照表，即可得出相应的光照强度。本实验装置相比于其他光强测量装置更加简单，且再各仪器都较为精准时，误差也较小，可用于一般生活中使用。

用于恒定光强的监控与调节，由电桥平衡调节，对可变电阻的阻值取某一特定的值，使得电桥再所需光强时，光敏电阻31的阻值恰好使得电桥平衡，即数字电压表32示数为0，则可的到所需光照强度。若电桥不平衡，则配合光源发生装置10，调节光强，使之达到要求。本装置操作简单，测量结果可靠，对于需要恒定光强的场所，可使用本装置。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用非平衡电桥测光强的测量仪，其特征在于，包括底板以及安装于所述底板的光源发生装置、电源以及平衡电桥电路，所述电源与所述平衡电桥电路电连接，平衡电桥电路包括光敏电阻、数字电压表、数字电阻表以及三个可调电阻，所述光敏电阻与三个所述可调电阻首尾相连形成闭环电路，所述光敏电阻和三个可调电阻之间通过四根连接线连接，相对的两根连接线之间设置第一连接点，另外两根相对的连接线之间设置第二连接点，两个所述第一连接点分别与所述数字电压表的测量端连接，两个所述第二连接点分别与所述电源的两个电极连接，所述数字电压表和所述数字电阻表均与所述电源连接，所述光源发生装置与所述光敏电阻对应。

2.根据权利要求1所述的利用非平衡电桥测光强的测量仪，其特征在于，所述光源发生装置包括调压器、杯灯以及凸透镜，所述调压器分别与电源和杯灯连接，且所述调压器用于控制所述杯灯的输入电压，所述凸透镜设置于所述杯灯和所述光敏电阻之间，且凸透镜用于将所述杯灯的光束汇集于所述光敏电阻。