图 １ 电桥电路
对单桥电路，电桥的灵敏度即为电桥输出端检测毫伏
表对单个桥臂电阻的相对变化的反应灵敏程度，即：
△Ｖ Ｓ 单 ＝ △Ｒ
Ｒ
（１）
其中：△Ｖ 为电桥输出电压的变化量；Ｒ 为桥臂电阻 Ｒ１， Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 之一，△Ｒ 为相应的桥臂电阻变化量．理论上容易导 出单桥电路的灵敏度为［１］：
Ｓ单＝
1 非平衡电桥灵敏度 按工作状态的不同可将电桥分为平衡电桥和非平衡电
桥，相比之下非平衡电桥在当代测量技术中应用更为广阔． 非平衡电桥有单桥、半桥和全桥三种桥路形式．本为就非平 衡电桥的三种桥路形式的灵敏度特性进行实验比较研究．
电桥电路如图 １ 所示．当桥臂电阻 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 之一为 敏感可变元器件时为单桥电路，当两个桥臂电阻为敏感可 变元器件并且构成差动工作状态时为半桥电路，当四个电 阻都是敏感元器件并且构成差动工作状态时为全桥电路．电 桥输出端 Ｃ、Ｄ 两端一般接毫伏表，用于检测电桥的输出电 压．
5 7.5 0.5％ 15.0
表 １ 单桥电路实验数据
-160
-120
-80
-40
-10
-5
0
265
194
127
62.2
15.4
7.7
0
-16％
-12％
-8％
-4％
-1％
-0.5％
16.6 10 -15.0
16.2 40 -59.6
15.9 80 -117Biblioteka 15.6 120 -172
15.4 160 -225
即为半桥电路．半桥电路有两类代表性的电路样式，一类是 两个敏感元件相邻，另一类是两个敏感元件相对．
两个敏感元件相邻的情况，主要有两个类别，一类是两
－９－
△Ｒ／Ω
△Ｖ／ｍｖ
△Ｒ Ｒ
×100%
S 单/(mv/1%)
△Ｒ／Ω
△Ｖ／ｍｖ
△Ｒ Ｒ
×100%
S 单/(mv/1%)
-200 338 -20％ 16.9
15.4 200 -276
1％
4％
8％
12％
16％
20％
15.0
14.9
14.6
14.3
14.1
13.8
个敏感元件以电源的一个输出端为公共端，另一类是两个 敏感元件以电桥的一个输出端为公共端，各取其一研究． ２．２．１ 两个敏感元件相邻且以电源的一个输出端为公共端
研究两个敏感元件以电源的一个输出端为公共端的情 况，不妨令 Ｒ１、Ｒ２ 为敏感元件，实验中通过模拟改变 Ｒ１、Ｒ２
Ｒ４
＋ Ｒ２
Ｅ ＋２＋ Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４
Ｒ２ Ｒ４
ＲＶ
（２）
本文所研究的电桥在完全平衡状态下为等臂电桥，非
平衡状态下为近似等臂电桥，有 Ｒ１≈Ｒ２≈Ｒ３≈Ｒ４＝Ｒ，再考虑 到检测毫伏表为数字毫伏表，数字毫伏表的内阻 一般远
大于桥臂电阻，由（２）式简化可得：
Ｓ
单≈
Ｅ ４
（３）
其中 Ｅ 为电桥端电压或电源电动势 （当电源内阻为零
2 非平衡电桥灵敏度的实验研究
实验电路如图 １ 所示．电阻 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 选用 ＺＸ２１Ａ 电 阻箱，初始阻值均取 １０００Ω；电源 E 用 ＱＪ３００５Ｓ 直流稳压
电源，内阻基本可以忽略，Ｅ＝６ｖ；Ｃ、Ｄ 两端所接毫伏表用
ＧＤＭ－８１３５ 台式数字万用表的 ２００ｍｖ 量程档，内阻 ＲＶ≈ １０ＭΩ．
用
ｒ
表示
△Ｒ Ｒ
，根据表 １ 实验数据作 Ｓ 与 ｒ 的关系图线
如图 ２ 所示． 灵敏度 Ｓ 并不是一个常数，从最大的 １６．９
（ｍｖ／１％）变化到最小的 １３．８（ｍｖ／１％），Ｒ 的相对变化量 △Ｒ
的大小与方向都对灵敏度 Ｓ 产生影响．
图 ２ 单桥电路 Ｓ 与 ｒ 的关系图线
２．２ 半桥电路实验研究 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 之中两个为敏感元件，且构成差动形式时
２．１ 单桥电路实验研究
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 之一为敏感元件时即为单桥电路． 不妨令
Ｒ１ 为敏感元件，实验中通过模拟改变 Ｒ１ 的阻值，测量不同
变化量 △Ｒ（△Ｒ＝△Ｒ１）下所对应的输出电压变化量 △Ｖ，研究
单桥灵敏度
Ｓ
单随桥臂电阻的相对变化量
△Ｒ Ｒ
（ △Ｒ Ｒ
＝
△Ｒ１ △Ｒ１
）
的变化而变化的情况．实验测量结果如表 １．
摘 要：灵敏度是非平衡电桥的一个重要性能指标.本文对单桥、半桥、全桥等非平衡电桥的不同桥路形态的灵敏度特性 进行比较研究，以便实践中更好地应用非平衡电桥.
关键词：非 平 衡 电 桥 ；桥 臂 电 阻 ；灵 敏 度 中图分类号：ＴＭ９３８．４２ 文献标识码：A 文章编号：1673- 260X（2012）07- 0009- 03
时）．
理论上半桥电路的灵敏度应该是单桥电路的两倍，全
桥电路的灵敏度应该是单桥电路的四倍，即：
Ｓ
半≈
Ｅ ２
（４）
Ｓ 全≈Ｅ
（５）
以上对电桥灵敏度的推导结果是近似的、理想化的．实
际的情况是，电桥的灵敏度会不会因为桥臂电阻的相对变
化量不同而发生变化，这种变化是线性的还是非线性的？我
们把这个问题留给实验来回答．
的 阻 值 （ 两 者 相 向 变 化）， 测 量 不 同 变 化 量 △Ｒ
（△Ｒ＝△Ｒ１＝－△Ｒ２）下所对应的输出电压变化量 △Ｖ，研究半桥
灵敏度
Ｓ
半随桥臂电阻的相对量
△Ｒ Ｒ
（ △Ｒ Ｒ
＝
△Ｒ１ △Ｒ１
＝－
△Ｒ２ Ｒ２
）
的变化而变化的情况．实验测量结果如表 ２．
表 ２ 半桥电路，两个敏感元件相邻且以电源的一个输出端为公共端的实验数据
第 28 卷 第 7 期（上） 2012 年 7 月
赤 峰 学 院 学 报（ 自 然 科 学 版 ） Journal of Chifeng University（Natural Science Edition）
Vol. 28 No. 7 Jul. 2012
非平衡电桥灵敏度特性比较研究
苏启录
（闽江学院，福建 福州 350108）
△Ｒ／Ω
△Ｖ／ｍｖ
△Ｒ Ｒ
×100%
S 半 1/(mv/1%)
△Ｒ／Ω
△Ｖ／ｍｖ
△Ｒ Ｒ
×100%
S 半 1/(mv/1%)
-200 615 -20％ 30.8
5 -15.1 0.5％ 30.2
-160
-120
-80
-40
-10
-5
0
490
367
244
121.9
30.5
15.2
0
-16％
-12％
-8％
-4％
-1％
-0.5％
30.6 10 -30.3
30.6 40 -121.7
30.5 80 -243
30.5 120 -366
30.5 160 -490
30.4 200 -614
1％
4％
8％
12％
16％
20％
30.3
30.4
30.4
30.5
30.6
30.7
２．２．２ 两个敏感元件相邻且以电桥的一个输出端为公共端 研究两个敏感元件以电桥的一个输出端为公共端的情