非平衡直流电桥的原理和应用直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。
按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。
平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电桥（开尔文电桥）。
它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。
【实验目的】FQJ型教学用非平衡直流电桥，该仪器集单臂、非平衡电桥于一体，通过本实验能掌握以本实验采用下内容：1．直流单臂电桥（惠斯登电桥）测量电阻的基本原理和操作方法；2．非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法；3．根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法及非平衡电桥功率输出法测电阻；4．单臂电桥采用“三端”法测量电阻的意义。
【实验仪器】FQJ型教学用非平衡直流电桥；1.FQJ非平衡电桥加热实验装置。
2.【实验原理】FQJ型教学用非平衡直流电桥包括单臂直流电桥，非平衡直流电桥，上节我们已经对单臂电桥有所了解，下面对非平衡电桥的工作原理进行介绍。
图1 非平衡电桥原理图1．非平衡电桥桥路输出电压R??，所示，当负载电阻非平衡电桥原理如图1g0?I并即电桥输出处于开路状态时，,，仅有电压输出g U ABC为压压，用表示根据分原降半桥的理，电0UR R,电流为：，通过两臂的S41U S?II?41R?R）1（41R则上之电压降为：4．R4??UU（2）SBC R?R41R上的电压降为：同理3R3??UU（3）SDC R?R 32UUU之差为输出电压与DCBC0RR34U?UU?U?U?SS0BCDC R?RR?R3412????S RR?R?R3142RR?RRU?0，即电桥处（4）)?RR(RR3421U ?于平衡状态。
当满足条件时，电桥输出43210（5）式就称为电桥的平衡条件。
为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平R, RRR, RR?。
若关电阻变化有臂这样可使输出只固定，与为待测电阻某一，则当衡。
1423x4R?R??R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为：44RR?R?R?RR31224U?U（5）??S0)?R?R(R?RR(?R)?R324213???R???RR?R?RRR?R，且，R?R?R电阻增量较小时，即满足当时，公式的分母r2341?R项可略去，公式可得以简化,各种电桥的输出电压公式为：中含??RRRU?（6 ）02?RR)(R???R??R RR时均为预调平衡后的电阻注意：上式中的,和其。
十分清楚，当满足测量得到电压输出r R?R??R R??R/RR/R?或述公式运算得得从，或而求与上系性成线比例关，通过44R?R??R。
XX用非平衡电桥测热敏电阻2．51?MF2.7k本实验采用型半导体热敏电阻进行测量。
FeCo,,NiMn,等氧化物）在一定的烧结条件下形成的半导体该电阻是由一些过渡金属氧化物（主要用P型半导体的特性，对于一般半导体材料，电阻率随温度变化主要依赖金属氧化物作为基本材料制成，具有于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对来说可以忽略。
但上述过渡金属氧化物则有所不同，在室温范围内基本上已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，此时主要考虑迁移率与温度的关系。
随着温度升高，迁移率增加，电阻率下降，故这类金属氧化物半导体是一种具有负温度系数的热敏电阻元件，其电阻-温度特性见表6。
根据理论分析，其电阻-温度特性的数学表达式通常可表示为BRR，C?25t??T273Ct°为材料常数，制作时不同的处时热敏电阻的电阻值；和式中，；分别为nt25理方法其值不同。
对于确定的热敏电阻，可以由实验测得的电阻-温度曲线求得。
我们也可以把上式写成比较简单的表达式?BU e?RRRt k298为玻为指数关系，是一种典型的非线性电阻。
式中因此，热敏电阻之阻值。
与25tt?2310?1.3806?k焦耳/开尔文尔兹曼常数()。
【实验内容及方法】1. 非平衡直流电桥实验内容及方法：R, RRR?RFQJ由同轴双层(同步桥之三个桥臂变化的及电，其中阻型非平衡直流电babca10?(1000?100?10?1?0.1)?10?(1000?100?10?R电阻箱组成，)则由盘c?R??0.01)1?0.1?10k?1110k~11.0内，负载电阻电阻箱组成，调节范围在的多圈电位器由1个（粗g100?10.1k?200mV。
功率串联而成，可在范围内调节。
数字电压表量程多圈电位器调）和1个（细调）R?10?200?A mA20?1k?，采2为样电阻小的较1为电阻，采样电阻。
功率，用于测量S R?1kΩR100%70%??1k。
电阻。
电压输出时，允许，用于测量，向下变化为变化率向上变化达到XS2. 非平衡电桥电压输出形式测电阻R?R、R?R、R?R1?～11.111kΩ。
，测量范围：b2Ca13??R?2k1kΩRΩR?R?R?左右（供参考，可自己另行设计），①确定各桥臂电阻。
使bac RRRB, G，功能、电压转换开关转至“电压”输出，按下②预调平衡，将待测电阻接至微调CX4U?0使电压输出。
0?UR?R?R的实验值，其中改变）计算出，记录。
根据（理论值，并记下相应的电压变化值6③g4U?1.3V。
S E。
计算出实验值和理论值的相对误差④FQJ非平衡电桥加热装置）测量铜电阻（配用3.（1）非平衡电桥电压输出形式测量铜电阻RR?R?R?R选）使之温时铜电阻值为择（查表阻①确定各桥臂电值。
设定室0304??R?RR?50?（供参考，可自行设计）21RR?R?50?, R?R，功能转换开关转至电压输出，②预调平衡，将待测电阻接至，0213X RU?0B G,使电压按钮按下，微调01U(t)t C?5测量1个点，同时读取温度,③开始升温，每和输出连续升温，分别将温度及电压值记录入0表1。
表 1 温度和电压记录表??R)tRR?(t)(C0?，计算时的电阻值和值，用最小二乘法求式求出各点之）6数据处理：根据（和0的不确定度。
热敏电阻的测量4.R(t)65?C51?MF.7k2，温度范围从室温加热至。
之）采用非平衡电桥的电压输出测量热敏电阻（1?R R,512.7k?MF，以确保电压输出不之电阻-根据温度特性研究桥式电路，并设计各桥臂电阻，①?R会溢出（预习时设计计算好）。
实验时可以先用电阻箱模拟，若不满足要求，立即调整阻值。
②预调平衡?RR, R。
根据桥式，预调。
室温时之电阻值为a) 0RB G,0。
使数字电压表为将功能转换开关旋至“电压”输出，按下b) 开关，微调35?C测1个点，、利用测量数据按公式（6）计算得电阻值填入表2③升温，每隔。
表2 温度和电阻记录表【思考题】1．测量电阻的原理是什么？2．与二端法测试电阻相比，三端法测试电阻有何优点？R?R，如果不相等有何影响？3．使用双桥测量小电阻时为什么要使214．非平衡电桥在工程中有哪些应用？试举一、二例。
5．非平衡电桥之立式桥为什么比卧式桥测量范围大？．当采用立式桥测量某电阻变化时，如产生电压表溢出现象，应采取什么措施？6【附录一】【附录二】【附录三】其它说明：RRR”接线柱接通，（参1. 仪器面板中间桥路图中的“”、“”已在仪器内部与面板右上角的“X1XX见【附录四】的图2）。
2. “功能、电压选择”开关中的“平衡”区块有三档电压，供单臂电桥测量时选用。
“非平衡”区块也有R”无穷大，不消耗功率；“功率1”测量小电阻时用，采样三档，其中“电压”档表示电桥“桥”上的“g?RRR，电阻“10Ω内部线已连通，阻值可调；“功率2”测量大电阻时用，采样电阻“”为”为gSS?R，0Ω内部线已连通，阻值可调。
100g?R?R?R．功率输出时负载电阻3。
ggS4.“电压”、“功率1”、“功率2”三档的工作电压均为1.3V。
【附录四】FQJ-2型非平衡直流电桥加热实验装置一、概述FQJ2?FQJ系列非平衡直流电桥在实验过程中配套使用的型非平衡直流电桥加热实验装置，是专为装置。
该装置具有下列特点：1．加热温度可自由设定（不超过上限值）XMT系列智能双数显调节仪，控温精度高． 2 3．装置内配装有铜电阻，热敏电阻，增加了实验内容4．加热装置电源输入为低电压，并通过变压器隔离，安全可靠5．装置内装有风扇，根据实验的需要，可强制加速降温6．装置结构新颖，紧凑合理二．结构和连接：该装置由加热炉及温度控制仪二大部分组成。
其结构及连接见下图3。
三．使用说明：1、使用前，将温控仪机箱底部的撑架竖起，以便在测试时方便观察及操作。
2、实验开始前，应连接好温控仪与加热炉之间的导线，根据实验内容，用导线把“铜电阻”或“热敏电阻”RFQJ”端相接。
实验装置的加温操作步骤如下：接线柱与非平衡电桥的“X PV显示屏”：根据实验温度需要，设定加热温度上限，其方法为：开启温控仪电源，“（1）温度设定SETPVSO”，说明温控仪进入设置状态，0.5秒，“显示的温度为环境温度。
按“显示屏”显示“”键SV显示屏”最低位数字闪烁，表示这一位可以用“上调”或“下调”键调整大小，每按一次“位这时，“移”键，闪烁位随即移动一位，即调节位改变，如此，即可把需要上限温度设置好。
设置完毕，再按一下SETPVSV显示屏”“显示屏”显示加热炉实时温度，“”键，设置程序结束。
这时“显示设置上限温度。
温控仪进入“测量”状态。
（在温度设定时，仪器上“加热选择”开关置于“断”处）图3 非平衡直流电桥结构图（2）加热：根据环境温度和所需升温的上限及升温速度来确定温控仪面板上“加热选择”开关的位置。
1, 2, 31”档为最该开关分为“”三档，由“断”位置转到任意一挡，即开始加热，升温的高低及速度以“35~10?C时，应将加热档低、最慢，“，一般在加热过程中温度升至离设定上限温度”档为最高、最快位降低一档，以减小温度过冲。
总之：在加热升温时，应根据实际升温需求，选择加热档位；加热档位的选30?C230?C20?C~”档；当差距大于择可参考：环境温度与设定温度上限之间的差距为时，宜选择“3”档。
由于温度控制受环境温度、仪表调节、加热电流大小等诸多因素的影响，因此实验时时，宜选择“需要仔细调节，才能取得温度控制的最佳效FQJ Cu50铜电阻或：在加热过程中，根据实验内容，调节系列非平衡直流电桥，可进行（3）测量0.5?51.7k?MF2热敏电阻特性的测量。
（测量时连接导线的直流电阻估计值为左右）（4）降温：实验过程中或实验完毕，可能需要对加热铜块或加热炉体降温。