电桥法测温度(电桥法测温原理)

1. 电桥法测温原理

惠斯通电桥是一种可以精确测量电阻的仪器。电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流。当G无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。

2. 电桥测温度

惠斯通电桥法测电阻的原理是用的比较法，主要用于测量中值电阻。

电桥电路是电磁测量中电路连接的一种基

本方式。由于它测试灵敏，测量准确，使

用方便，所以得到广泛应用。电桥有直流

和交流之分，直流电桥主要用于测量电

阻。直流单电桥常称惠斯登电桥，用于1～

10℃范围中值电阻测量；直流双电桥常称

开尔文电桥，用于10*～1Q范围低值电阻测

量。交流电桥除测电阻外，还可以测量电

容、电感等电学量。通过传感器，还可以

测定量一些非电学量，如温度、压力等，

在非电量电测方法中有广泛应用。

3. 测温电桥工作原理

大多采用不平衡电桥测量电路。

主要是因为半桥和全桥可以用两电阻应变互相作为温度补偿,灵敏度也会提高,根据弯曲桥路或泊松比桥路的不同,灵敏度也相应有提高,具体数值可参见公式.

另外在测量非均匀质材料的应变,或应变测点较多时,为避免测点间相互影响,采用1/4桥路的测量结果更准确.但1/4桥路只有一个电阻应变片,要另作温度补偿,否则测量结果会有误差.

4. 桥式测温电路原理

摘要：热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，具有许多独特的优点和用途，在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛的应用。本实验通过用电桥法来研究热敏电阻的电阻温度特性，加深对热敏电阻的电阻温度特性的了解。 关键词：热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性1、引言 热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件，其电阻温度系数一般为（-0.003~+0.6）℃-1。因此，热敏电阻一般可以分为: Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）的热敏电阻元件 常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系，随着温度的升高，迁移率增加，电阻率下降。大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、功率计等。 Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）的热敏电阻元件 常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越小。应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等。 2、实验装置及原理 【实验装置】 FQJ―Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以及控温用的温度传感器），连接线若干。 【实验原理】 根据半导体理论，一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为 （1―1） 式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值 可以根据电阻定律写为 （1―2） 式中 为两电极间距离， 为热敏电阻的横截面， 。 对某一特定电阻而言， 与b均为常数，用实验方法可以测定。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有 （1―3） 上式表明 与 呈线性关系，在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值， 以 为横坐标， 为纵坐标作图，则得到的图线应为直线，可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。 热敏电阻的电阻温度系数 下式给出 （1―4） 从上述方法求得的b值和室温代入式（1―4），就可以算出室温时的电阻温度系数。 热敏电阻 在不同温度时的电阻值，可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示，B、D之间为一负载电阻 ，只要测出 ，就可以得到 值。 当负载电阻 → ，即电桥输出处于开 路状态时， =0，仅有电压输出，用 表示，当 时，电桥输出 =0，即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性，在测量之前，电桥必须预调平衡，这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。 若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻，R4 = RX，则当R4→R4+△R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为： （1―5） 在测量MF51型热敏电阻时，非平衡直流电桥所采用的是立式电桥 ， ，且 ，则 （1―6） 式中R和 均为预调平衡后的电阻值，测得电压输出后，通过式（1―6）运算可得△R，从而求的 =R4+△R。 3、热敏电阻的电阻温度特性研究 根据表一中MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻~温度特性研究桥式电路，并设计各臂电阻R和 的值，以确保电压输出不会溢出（本实验 =1000.0Ω， =4323.0Ω）。 根据桥式，预调平衡，将“功能转换”开关旋至“电压“位置，按下G、B开关，打开实验加热装置升温，每隔2℃测1个值，并将测量数据列表（表二）。 表一 MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻～温度特性 温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65 电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748 表二 非平衡电桥电压输出形式（立式）测量MF51型热敏电阻的数据 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4 热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4 0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4 0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9 4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1 根据表二所得的数据作出 ～ 图，如右图所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ，即MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）的电阻～温度特性的数学表达式为 。 4、实验结果误差 通过实验所得的MF51型半导体热敏电阻的电阻―温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻～温度特性的测量值，与表一所给出的参考值有较好的一致性，如下表所示： 表三 实验结果比较 温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65 参考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748 测量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823 相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00 从上述结果来看，基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现，随着温度的升高，电阻值变小，但是相对误差却在变大，这主要是由内热效应而引起的。 5、内热效应的影响 在实验过程中，由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过，热敏电阻的电阻值大，体积小，热容量小，因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升，这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时，必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。 6、实验小结 通过实验，我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的，而且随着温度上升，其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻―温度特性制成各类传感器，可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出，特别适于高精度测量。又由于元件的体积小，形状和封装材料选择性广，特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器，可应用与各种生产作业，开发潜力非常大。参考文献： [1] 竺江峰，芦立娟，鲁晓东。 大学物理实验[M] [2] 杨述武，杨介信，陈国英。普通物理实验（二、电磁学部分）[M] 北京：高等教育出版社 [3] 《大学物理实验》编写组。 大学物理实验[M] 厦门：厦门大学出版社 [4] 陆申龙，曹正东。 热敏电阻的电阻温度特性实验教与学[J]<

5. 电桥测温电路

当被测量发生变化时，会使得感应电阻的阻值发生变化，从而打破电桥平衡，使得检流计不再为零或Uab电压不再为零，此时Uab电压的大小与被测量变化相对应，通过建立电压Uab与被测量的数据对应表，从而得到相应的测量值。

一般地，被测量者的状态量是非常微弱的，必须用专门的电路来测量这种微弱的变化，最常用的电路就是各种电桥电路，主要有直流和交流电桥电路。

电桥电路的作用:把电阻片的电阻变化率ΔR/R转换成电压输出，然后提供给放大电路放大后进行测量。

单臂工作:电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻;双臂工作:如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式;全桥方式:如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。

6. 电桥法测温原理是什么

电桥法测量电阻是一种可以精确测量电阻的仪器，是一个通用的惠斯通电桥。

电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流。

当G无电流通过时，称电桥达到平衡。

平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。

电桥法测量电阻的原理是四个电阻R0、R1、R2、Rx连成四边形，称为电桥的四个臂。

四边形的一个对角线连有检流计，称为“桥”；四边形的另一对角线接上电源，称为电桥的“电源对角线”。

E为线路中供电电源，学生实验用双路直流稳压电源，电压可在0-30V之间调节。R保护为较大的可变电阻，在电桥不平衡时取最大电阻作限流作用以保护检流计；

当电桥接近平衡时取最小值以提高检流计的灵敏度。

限流电阻用于限制电流的大小，主要目的在于保护检流计和改变电桥灵敏度。

电源接通时，电桥线路中各支路均有电流通过。

当C、D两点之间的电位不相等时，桥路中的电流0≠gI，检流计的指针发生偏转；

当C、D两点之间的电位相等时，桥路中的电流0=gI，检流计指针指零，这时我们称电桥处于平衡状态。

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