电桥灵敏度的探究
电桥灵敏度的探究[20200406135648]
摘要
本文的主要研究内容是电桥的灵敏度，电桥装置在电气技术，电磁测量及自动控制等方面已经得到了广泛的推广和应用。电桥的灵敏度直接影响了电桥装置在测量中的精确度以及性能，所以研究电桥的灵敏度是为了知道电桥灵敏度的影响因素从而得到提高电桥灵敏度的几种方法，是电桥装置在测量中发挥更大作用。电桥装置是驱动电源、平衡指示器以及电阻构成的。电桥的灵敏度和电源电动势成正比，和检流计的灵敏度成正比。通过理论推导然后实验验证从中得出电桥灵敏度的影响因素有电源电压、电桥桥臂配置的情况、平衡指示器两侧的比值、电桥平衡指示器、电源接入电桥的位置、检流计的内阻以及电桥的总电阻等。通过大量的实验和研究，得知可以选择灵敏度较高的检流计，适当的提高驱动电源并选用比例臂合适的桥臂电阻，来提高灵敏度。
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关键字:电桥灵敏度桥臂电阻
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究内容 1
1.3 展望应用 1
2 电桥 2
2.1电桥的发展 2
2.2 电桥的定义 3
2.3 常用电桥介绍 3
2.4 电桥的基本特性 4
2.4.1直流电桥 4
2.4.2交流电桥 4
2.4.3平衡电桥 4
2.5电容及电感的等效电路 4
3 电桥灵敏度 7
3.1电桥灵敏度的定义 7
3.2电桥线路的电压灵敏度 8
3.3对线路系数K的讨论 10
3.4 电桥桥臂电阻阻值与电桥灵敏度 12
3.5 驱动电压与桥臂电阻之间关系 15
4 实验 17
4.1实验装置和实验数据 17
4.2 结论 23
4.2.1电桥灵敏度的影响因素 24
4.2.2如何提高电桥的灵敏度 24
结束语 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 研究背景
随着大规模集成电路，计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术中的应用，传统的电子测量仪器，在原则上，功能，精度和自动化程度逐渐通过传统的新一代测试仪器的概念，形成一个完整的突破。目前，传统的乐器有许多相应的替代产品，而且许多新的仪器和测试系统的出现。在科学技术迅猛发展的今天，如何使用简单和廉价的元件的性能好，用于人类生活的产品，已经成为人们的主要趋势。这就要求我们必须站在全局的高度，把握好发展循环经济，国家宏观政策方向分析，交流电桥行业市场分析，认清形势，抓住机遇，预测合理的桥梁行业的发展机遇，未来趋势的正确，及时调整发展战略，积极探索新的市场，保持在危机中立于不败之地。电桥装置广泛应用于电磁测量，电气工程与自动控制方面广泛应用。
1.2 研究内容
本课题通过理论推导并且用实验证明来了解电桥灵敏度及其对测量结果的影响，测量电桥灵敏度使用电桥测电阻的不确定计算方法，然后通过设计实验并且进行实验操作，研究电桥电路的电压与灵敏度的关系，电桥的平衡指示器与灵敏度的关系电桥桥臂阻值与电桥灵敏度以及对电桥线路系数K的讨论等。从实验中推导出与桥臂配置的情况、平衡指示器两侧桥臂模的比值 、交流电桥的平衡指示器T和电源U接入电桥的位置有关。通过大量的实验和研究，可以通过提高指零仪的灵敏度，合理地组合桥臂,必要的时候将供电电源与指零仪互换位置以及适当提高电源电压，从而提高电桥灵敏度，并研究出几种提高电桥灵敏度的方法。
1.3 展望应用
设计出性能更好灵敏度更高价格成本低更加方便的电桥，让采用电桥的各种仪器在测试方面有更好的性能，发挥出更多的作用，让电桥市场行业在国家科学技术发展和时代建设中做出更大的贡献。本文在此也提出少许建议希望电桥行业能够采用开放式结构设计、模块化和灵活的硬件与软件设计以便更加适应实验通信测试的需求，并且能够适应高速网络测试桥的发展。由于网络测试器在高频率的测试不是很有效，这就迫切需要我们设计一个实时过滤能力更好的测试仪。争取让仪器在各个方面的性能都很优越，满足各种各样的需求。
2 电桥
2.1电桥的发展
初期电桥的本身是由铜线直接连接的组件，本身没有屏蔽元素，所以测量误差和重复性均较差。1904，营贝尔介绍了电桥带屏蔽的，而更完善的由弗格森爵士在1929实现。1912年瓦格纳使用辅助接地分支机构，用来消除端扭对屏蔽的寄生泄漏误差，1929年奥格进一步完善该理论。
随着接地支路与简单的屏蔽系统的援助，使改进后的电桥测量精度提高，几乎成为1960年在精密交流桥的共同的特点。
因为这些电桥基本都是桥共阻抗元素做桥臂，现在人们认为这种桥被统称为“古桥”。
1956，汤普森成功的用一个变压器电桥测量小电容，比例误差小于10-6。这时比例电桥稳定性好，精确抗干扰能力更强已经得到广泛的推广和应用。
早期的变压器电桥应用原理由Blum Ryan在1928年提出，并设计了自耦调压器作为交流电桥臂。30年来，在这项工作上陆续报导了许多文章，主要介绍电力系统扩展到音频使用，即感应变压器，其抗干扰能力强、测量误差小于10-4。随着理论研究和认识的深入，材料和工艺的进展，目前测量误差小于1 10-4的交流电桥，几乎都采用变压器电桥或者电流比较式电桥，而且正在被推广用于非电量测量法中。
在此同时，由于电子技术的发展，如反馈放大器不但用于消除线路中的误差，而且作为有源比例器、有源元件、与感应式比例器一起组合出许多新颖的电桥线路。它们有很多新的特点例如等功率测量、分别平衡原则以及微差补偿式电桥线路等等。是“经典电桥”不具备的。
1966后，自动交流桥虽然种类逐渐增多，但是很快数字电桥几乎取代了交流电桥。大多数的产于80年代用于微处理器的低精度的数字电桥，无论在测试模式、设计原则都发生很大的变化。
几百年来，在电力和其他电测量桥已被广泛使用。从1843年初开始，电桥的发展经历从直流电桥桥到交流阻抗再到变压器电桥以及双曲函数再到与桥接同轴电桥几个历史阶段，大大促进科学技术的计量学的发展。
2.2 电桥的定义
电桥是由首尾相连的4个阻抗，对角端分别为驱动电源和输出端的测量电路，主要是用用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪器。最简单的是由四个支路组成的电路。各支路称为电桥的“臂”。如图电路中有一电阻为未知（对角线中接入直流电源，另一对角线接入检流计。可以通过调节各已知电阻的值使检流计中无电流通过，则电桥平衡。电桥有直流电桥和交流电桥之分，直流电桥是学习其他电桥的基础。直流电桥常用于电阻测量，有单臂电桥和双臂电桥，单臂电桥又叫惠登斯电桥，双臂电桥又叫凯尔文电桥。电桥聚合一般比例臂复合电路的特点，他的基本依据是平衡方程，它有测差电路的性质，即电桥是同源输入与差值输出的两个端口复合比例网络。
假设四个电阻固定,当s闭合时，若满足对角的电阻乘积相等，则此时UCD等于0，就是cd间没有电压。利用这个原理，当等式两边四个量中的一个为未知量的时候，如果调节其余三个电阻的值能使得等式成立，那么用公式就可以得到未知量。但是实际上只要等式两边各有一个可以调节的可变电阻，那么另外两个电阻有一个是定值，则余下的另外一个必然可以得到。用这个原理可以做成电阻测量箱。
2.3 常用电桥介绍
电桥基本分为直流电桥和交流电桥等，电桥是用比较法测量电阻、电感、电容等的装置，本次这里介绍几种常用的电桥。
惠斯通电桥,电桥是基本的采用比较法测量物理量的电磁仪器，许多电桥类型，介质的电阻测量（10-10-6欧姆电阻）的单臂惠斯通电桥测量；衡量价值较高的电阻，高电阻桥或兆欧表测量电阻，当电阻较小，一般来说采用双电桥（开尔文桥）。电桥由于精度高，稳定性好，因此在用于电磁测量，自动控制以及自动调节当中应用较多。单臂惠斯登电桥因此是最基本的直流单臂电桥。
凯尔文桥也被称为“双桥”。是用来测量10-6-102的低电阻欧姆直流电桥。其内部结构是一个跨线电阻、一个标准电阻器。减小线路电阻与接触电阻的误差从而可以降低布线电阻和接触电阻产生的影响，提高测量精度。
摘要
本文的主要研究内容是电桥的灵敏度，电桥装置在电气技术，电磁测量及自动控制等方面已经得到了广泛的推广和应用。电桥的灵敏度直接影响了电桥装置在测量中的精确度以及性能，所以研究电桥的灵敏度是为了知道电桥灵敏度的影响因素从而得到提高电桥灵敏度的几种方法，是电桥装置在测量中发挥更大作用。电桥装置是驱动电源、平衡指示器以及电阻构成的。电桥的灵敏度和电源电动势成正比，和检流计的灵敏度成正比。通过理论推导然后实验验证从中得出电桥灵敏度的影响因素有电源电压、电桥桥臂配置的情况、平衡指示器两侧的比值、电桥平衡指示器、电源接入电桥的位置、检流计的内阻以及电桥的总电阻等。通过大量的实验和研究，得知可以选择灵敏度较高的检流计，适当的提高驱动电源并选用比例臂合适的桥臂电阻，来提高灵敏度。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:电桥灵敏度桥臂电阻
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究内容 1
1.3 展望应用 1
2 电桥 2
2.1电桥的发展 2
2.2 电桥的定义 3
2.3 常用电桥介绍 3
2.4 电桥的基本特性 4
2.4.1直流电桥 4
2.4.2交流电桥 4
2.4.3平衡电桥 4
2.5电容及电感的等效电路 4
3 电桥灵敏度 7
3.1电桥灵敏度的定义 7
3.2电桥线路的电压灵敏度 8
3.3对线路系数K的讨论 10
3.4 电桥桥臂电阻阻值与电桥灵敏度 12
3.5 驱动电压与桥臂电阻之间关系 15
4 实验 17
4.1实验装置和实验数据 17
4.2 结论 23
4.2.1电桥灵敏度的影响因素 24
4.2.2如何提高电桥的灵敏度 24
结束语 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 研究背景
随着大规模集成电路，计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术中的应用，传统的电子测量仪器，在原则上，功能，精度和自动化程度逐渐通过传统的新一代测试仪器的概念，形成一个完整的突破。目前，传统的乐器有许多相应的替代产品，而且许多新的仪器和测试系统的出现。在科学技术迅猛发展的今天，如何使用简单和廉价的元件的性能好，用于人类生活的产品，已经成为人们的主要趋势。这就要求我们必须站在全局的高度，把握好发展循环经济，国家宏观政策方向分析，交流电桥行业市场分析，认清形势，抓住机遇，预测合理的桥梁行业的发展机遇，未来趋势的正确，及时调整发展战略，积极探索新的市场，保持在危机中立于不败之地。电桥装置广泛应用于电磁测量，电气工程与自动控制方面广泛应用。
1.2 研究内容
本课题通过理论推导并且用实验证明来了解电桥灵敏度及其对测量结果的影响，测量电桥灵敏度使用电桥测电阻的不确定计算方法，然后通过设计实验并且进行实验操作，研究电桥电路的电压与灵敏度的关系，电桥的平衡指示器与灵敏度的关系电桥桥臂阻值与电桥灵敏度以及对电桥线路系数K的讨论等。从实验中推导出与桥臂配置的情况、平衡指示器两侧桥臂模的比值 、交流电桥的平衡指示器T和电源U接入电桥的位置有关。通过大量的实验和研究，可以通过提高指零仪的灵敏度，合理地组合桥臂,必要的时候将供电电源与指零仪互换位置以及适当提高电源电压，从而提高电桥灵敏度，并研究出几种提高电桥灵敏度的方法。
1.3 展望应用
设计出性能更好灵敏度更高价格成本低更加方便的电桥，让采用电桥的各种仪器在测试方面有更好的性能，发挥出更多的作用，让电桥市场行业在国家科学技术发展和时代建设中做出更大的贡献。本文在此也提出少许建议希望电桥行业能够采用开放式结构设计、模块化和灵活的硬件与软件设计以便更加适应实验通信测试的需求，并且能够适应高速网络测试桥的发展。由于网络测试器在高频率的测试不是很有效，这就迫切需要我们设计一个实时过滤能力更好的测试仪。争取让仪器在各个方面的性能都很优越，满足各种各样的需求。
2 电桥
2.1电桥的发展
初期电桥的本身是由铜线直接连接的组件，本身没有屏蔽元素，所以测量误差和重复性均较差。1904，营贝尔介绍了电桥带屏蔽的，而更完善的由弗格森爵士在1929实现。1912年瓦格纳使用辅助接地分支机构，用来消除端扭对屏蔽的寄生泄漏误差，1929年奥格进一步完善该理论。
随着接地支路与简单的屏蔽系统的援助，使改进后的电桥测量精度提高，几乎成为1960年在精密交流桥的共同的特点。
因为这些电桥基本都是桥共阻抗元素做桥臂，现在人们认为这种桥被统称为“古桥”。
1956，汤普森成功的用一个变压器电桥测量小电容，比例误差小于10-6。这时比例电桥稳定性好，精确抗干扰能力更强已经得到广泛的推广和应用。
早期的变压器电桥应用原理由Blum Ryan在1928年提出，并设计了自耦调压器作为交流电桥臂。30年来，在这项工作上陆续报导了许多文章，主要介绍电力系统扩展到音频使用，即感应变压器，其抗干扰能力强、测量误差小于10-4。随着理论研究和认识的深入，材料和工艺的进展，目前测量误差小于1 10-4的交流电桥，几乎都采用变压器电桥或者电流比较式电桥，而且正在被推广用于非电量测量法中。
在此同时，由于电子技术的发展，如反馈放大器不但用于消除线路中的误差，而且作为有源比例器、有源元件、与感应式比例器一起组合出许多新颖的电桥线路。它们有很多新的特点例如等功率测量、分别平衡原则以及微差补偿式电桥线路等等。是“经典电桥”不具备的。
1966后，自动交流桥虽然种类逐渐增多，但是很快数字电桥几乎取代了交流电桥。大多数的产于80年代用于微处理器的低精度的数字电桥，无论在测试模式、设计原则都发生很大的变化。
几百年来，在电力和其他电测量桥已被广泛使用。从1843年初开始，电桥的发展经历从直流电桥桥到交流阻抗再到变压器电桥以及双曲函数再到与桥接同轴电桥几个历史阶段，大大促进科学技术的计量学的发展。
2.2 电桥的定义
电桥是由首尾相连的4个阻抗，对角端分别为驱动电源和输出端的测量电路，主要是用用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪器。最简单的是由四个支路组成的电路。各支路称为电桥的“臂”。如图电路中有一电阻为未知（对角线中接入直流电源，另一对角线接入检流计。可以通过调节各已知电阻的值使检流计中无电流通过，则电桥平衡。电桥有直流电桥和交流电桥之分，直流电桥是学习其他电桥的基础。直流电桥常用于电阻测量，有单臂电桥和双臂电桥，单臂电桥又叫惠登斯电桥，双臂电桥又叫凯尔文电桥。电桥聚合一般比例臂复合电路的特点，他的基本依据是平衡方程，它有测差电路的性质，即电桥是同源输入与差值输出的两个端口复合比例网络。
假设四个电阻固定,当s闭合时，若满足对角的电阻乘积相等，则此时UCD等于0，就是cd间没有电压。利用这个原理，当等式两边四个量中的一个为未知量的时候，如果调节其余三个电阻的值能使得等式成立，那么用公式就可以得到未知量。但是实际上只要等式两边各有一个可以调节的可变电阻，那么另外两个电阻有一个是定值，则余下的另外一个必然可以得到。用这个原理可以做成电阻测量箱。
2.3 常用电桥介绍
电桥基本分为直流电桥和交流电桥等，电桥是用比较法测量电阻、电感、电容等的装置，本次这里介绍几种常用的电桥。
惠斯通电桥,电桥是基本的采用比较法测量物理量的电磁仪器，许多电桥类型，介质的电阻测量（10-10-6欧姆电阻）的单臂惠斯通电桥测量；衡量价值较高的电阻，高电阻桥或兆欧表测量电阻，当电阻较小，一般来说采用双电桥（开尔文桥）。电桥由于精度高，稳定性好，因此在用于电磁测量，自动控制以及自动调节当中应用较多。单臂惠斯登电桥因此是最基本的直流单臂电桥。
凯尔文桥也被称为“双桥”。是用来测量10-6-102的低电阻欧姆直流电桥。其内部结构是一个跨线电阻、一个标准电阻器。减小线路电阻与接触电阻的误差从而可以降低布线电阻和接触电阻产生的影响，提高测量精度。
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