电桥2实验报告

素女妙论电桥的原理和应用
――交流电桥的原理及应用
电桥是一种用比较法测量的仪量,即将未知量跟已知量相比较进行测量,它具有较高的灵敏度和准确度。利用电桥平衡原理构成的电测仪器,不仅可以测电阻,也可以测电容、电感,并可通过这些物理量的测量来间接测量非电学量,例如温度、压力等,因此电桥电路在自动化仪表和自动控制中有着广泛的应用。
电桥电路是电磁测量中电路连接的一种基本方式。电桥电路不仅可以使用直流电源,而且可以使用交流电源,故有直流电桥和交流电桥之分。
交流电桥在电子测量中占有重要的地位,主要用于测量交流等效电阻及时间常数,电容及其介质损耗;自感及其线圈品质因数和互感等电气参数的精密测量,也可用于非电量变换为相应电量参数的精密测量。
常用的交流电桥分为阻抗比电桥和变压器电桥两大类。习惯上一般称阻抗比电桥为交流电桥。本实验中交流电桥指的是阻抗比电桥。交流电桥的线路虽然和直流单臂电桥线路具有同
样的结构形式,但因为它的四个臂是阻抗,所以它的平衡条件、线路的组成以及实现平衡的调整过程都比直流电桥复杂。
【实验目的】
1.掌握交流电桥的工作原理;
2.了解交流桥路的特点和调节平衡的方法;
3.学会使用交流电桥测量电容及其损耗因数D
甲状腺鳞状细胞癌4次火山岩学会使用交流电桥测量电感及其Q
【实验仪器】
FB2020型电桥综合实验平台、待测元件盒、交流检流计、导线
【实验原理
图1 交流电桥原理图
大众传媒的影响图1是交流电桥的原理线路,它与直流单臂电桥原理相似。在交流电桥中,四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成;电桥的电源通常是正弦交流电源;交流平衡指示仪的种类很多,适用于不同频率范围。频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计;音频范围内可采用耳机作为平衡指示器;音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器;也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的交流检流计,检流计指针指零(或达到最小)时,电桥达到平衡。
一、交流电桥的平衡条件
本实验在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中,四个桥臂由阻抗元件组成,在电桥的一个对角线CD上接入交流检流计,另一对角线AB上接入交流电源。
当调节电桥参数,使交流检流计中无电流通过时(即),CD两点的电位相等,电桥达到平衡,这时有:
(1)
即:               
(2)
两式相除有:
(3)
当电桥平衡时,,由此可得:
(4)
所以
(5)
上式就是交流电桥的平衡条件,它说明:当交流电桥达到平衡时,相对桥臂的阻抗的乘积相等。
由图1可知,若第二桥臂由被测阻抗构成,则:
(6)
生物教具制作当其它桥臂的参数已知时,就可决定被测阻抗Zx的值。
二、交流电桥平衡的分析
下面我们对电桥的平衡条件作进一步的分析。
在正弦交流情况下,桥臂阻抗可以写成复数的形式
(7)
若将电桥的平衡条件用复数的指数形式表示,则可得
(8)
       
(9)
根据复数相等的条件,等式两端的幅模和幅角必须分别相等,故有
(10)
上面就是平衡条件的另一种表现形式,可见交流电桥的平衡必须满足两个条件:一是相对桥臂上阻抗幅模的乘积相等;二是相对桥臂上阻抗幅角之和相等。
由式(10)可以得出如下两点重要结论。
1. 交流电桥必须按照一定的方式配置桥臂阻抗
如果用任意不同性质的四个阻抗组成一个电桥,不一定能够调节到平衡,因此必须把电桥
各元件的性质按电桥的两个平衡条件作适当配合。一般在实验测量时,常采用标准电抗元件来平衡被测量元件,所以实验中常采用以下形式的电路:
①将被测量元件与标准元件相邻放置,比如在图(1)中,这时由公式(5)可知:
(11)
式中的比值称为“臂比”,故名“臂比电桥”,一般情况下为实数,因此必须是具有相同性质的元件,改变臂比可以改变量程。
②将被测量元件与标准元件相对放置,比如图(1)中,这时同公式(5)可知:
(12)
式中称为“臂乘”,故名“臂乘电桥”。在实际测量中,为了使电桥结构简单和调节方便,通常将交流电桥中的两个桥臂设计为纯电阻,因此该形式电桥的特点是元件阻抗的性质必须是相反,这种形式的电桥常常应用在标准电容测量电感。
安丰市场由式(10)的平衡条件可知,如果相邻两臂接入纯电阻(如上述①的臂比电桥),则另外相邻两臂也必须接入相同性质的阻抗。例如若被测对象在第二桥臂中,两相邻臂(如1所示)为纯电阻的话,即,那么由(10)式可得:,若被测对象是电容,则它相邻桥臂也必须是电容;若被测对象是电感,则也必须是电感。
如果相对桥臂接入纯电阻(如上述②的臂乘电桥),则另外相对两桥臂必须为异性阻抗。例如相对桥臂为纯电阻的话,即,那么由(10)式可得:;若被测对象是电容,则它相邻桥臂必须是电感;若被测对象是电感,则也必须是电容。
2. 交流电桥平衡必须反复调节两个桥臂的参数
在交流电桥中,为了满足上述两个条件,必须调节两个桥臂的参数,才能使电桥完全达到平衡,而且往往需要对这两个参数进行反复地调节,所以交流电桥的平衡调节要比直流电桥的调节困难一些。
三、交流电桥的常见形式
交流电桥的四个桥臂,要按一定的原则配以不同性质的阻抗,才有可能达到平衡。从理论上讲,满足平衡条件的桥臂类型,可以有许多种。但实际上常用的类型并不多,这是因为:
1. 桥臂尽量不采用标准电感,由于制造工艺上的原因,标准电容的准确度要高于标准电感,并且标准电容不易受外磁场的影响。所以常用的交流电桥,不论是测电感和测电容,除了被测臂之外,其它三个臂都采用电容和电阻。本实验由于采用了开放式设计的仪器,所以也能以标准电感作为桥臂,以便于使用者更全面地掌握交流电桥的原理和特点。
2. 尽量使平衡条件与电源频率无关,这样才能发挥电桥的优点,使被测量只决定于桥臂参数,而不受电源的电压或频率的影响。有些形式的桥路的平衡条件与频率有关,这样,电源的频率不同将直接影响测量的准确性。
3. 在调节电桥平衡的过程中需要反复调节,才能使幅角关系和幅模关系同时得到满足。通常将电桥趋于平衡的快慢程度称为交流电桥的收敛性。收敛性愈好,电桥趋向平衡愈快;收敛性差,则电桥不易平衡或者说平衡过程时间要很长,需要测量的时间也很长。电桥的收敛性取决于桥臂阻抗的性质以及调节参数的选择。所以收敛性差的电桥,由于平衡比较困难也不常用。

本文发布于:2024-09-21 08:33:22,感谢您对本站的认可!

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