2024年3月13日发(作者：阿夏之)
基于非平衡电桥的温度计设计
电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥，非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电
桥。通过非平衡电桥可以测量一些变化的非电量，这就把电桥的应用范围扩展
到很多领域，实际上在工程测量中非平衡电桥已经得到了广泛的应用。
一、实验目的
1、掌握非平衡电桥的工作原理以及与平衡电桥的异同
2、掌握利用非平衡电桥的输出电压来测量变化电阻的原理和方法
3、设计一个数显温度计，掌握非平衡电桥测量温度的方法，并类推至测其
它非电量。
二、实验内容
1、用非平衡电桥测量热敏电阻的温度特性
2、用热敏电阻为传感器结合非平衡电桥设计测量范围为30.0~50.0℃的数
显温度计
三、实验仪器及配件
1、DHQJ-3/ DHQJ-5型非平衡电桥
2、DHW-1/ DHW-2型温度传感实验装置（含2.7KΩ热敏电阻）
四、实验原理
非平衡电桥的原理图见图1。
图 1
非平衡电桥在构成形式上与平衡电桥相似，但测量方法上有很大差别。平
R2
衡电桥是调节R
3
使I
0
=0，从而得到
R
X
R1
R
3
，非平衡电桥则是使R
1
、R
2
、R
3
保持不变，R
X
变化时则U
0
变化。再根据U
0
与R
X
的函数关系，通过检测U
0
的变化
从而测得R
X
。由于可以检测连续变化的U
0
，所以可以检测连续变化的R
X
，进而检
测连续变化的非电量。
（一）非平衡电桥的桥路形式
1、等臂电桥
电桥的四个桥臂阻值相等，即R
1
=R
2
=R
3
=R
X0
；其中R
X0
是R
X
的初始值，
这时电桥处于平衡状态，U
0
=0。
2、卧式电桥也称输出对称电桥
这时电桥的桥臂电阻对称于输出端，即R
1
= R
3
，R
2
= R
X0
，但R
1
≠R
2
3、立式电桥也称电源对称电桥
这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称相等即
R
1
=R
2
R
X0
=R
3
但R
1
≠R
3
4、比例电桥
这时桥臂电阻成一定的比例关系，即R
1
=KR
2
，R
3
=KR
X0
或R
1
=K R
3
，R
2
=K
R
X0
，K为比例系数。实际上这是一般形式的非平衡电桥。
（二）非平衡电桥的输出
非平衡电桥的输出接负载大小分类又可分为两种。一种是负载阻抗相对于
桥臂电阻很大，如输入阻抗很高的数字电压表或输入阻抗很大的运算放大电路；
另一种是负载阻抗较小，和桥臂电阻相比拟。后一种由于非平衡电桥需输出一
定的功率，故又称为功率电桥。
根据戴维南定理，图1所示的桥路可等效为图2（a）所示的二端口网络。
图 2（a） 图 2（b）
其中U
0C
为等效电源，R
i
为等效内阻。
由图1可知，在R
L
=∞时，等效电源电压值为：
R
3
Rx
U
oc
E
R
2
RxR
1
R
3
根据戴维南定理，将E电源短路，得到图2（b）电路，据此可求出电桥等
效内阻：
R
2
RxR
3
R
1
R
i
R
2
RxR
1
R
3
根据图2（a）电路，得到电桥接有负载R
L
时输出电压：
U
0
L
E
（1）
2
R
Rx
R
i
R
L
R
2
Rx
R
3
R
1
R
3
2024年3月13日发(作者：阿夏之)
基于非平衡电桥的温度计设计
电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥，非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电
桥。通过非平衡电桥可以测量一些变化的非电量，这就把电桥的应用范围扩展
到很多领域，实际上在工程测量中非平衡电桥已经得到了广泛的应用。
一、实验目的
1、掌握非平衡电桥的工作原理以及与平衡电桥的异同
2、掌握利用非平衡电桥的输出电压来测量变化电阻的原理和方法
3、设计一个数显温度计，掌握非平衡电桥测量温度的方法，并类推至测其
它非电量。
二、实验内容
1、用非平衡电桥测量热敏电阻的温度特性
2、用热敏电阻为传感器结合非平衡电桥设计测量范围为30.0~50.0℃的数
显温度计
三、实验仪器及配件
1、DHQJ-3/ DHQJ-5型非平衡电桥
2、DHW-1/ DHW-2型温度传感实验装置（含2.7KΩ热敏电阻）
四、实验原理
非平衡电桥的原理图见图1。
图 1
非平衡电桥在构成形式上与平衡电桥相似，但测量方法上有很大差别。平
R2
衡电桥是调节R
3
使I
0
=0，从而得到
R
X
R1
R
3
，非平衡电桥则是使R
1
、R
2
、R
3
保持不变，R
X
变化时则U
0
变化。再根据U
0
与R
X
的函数关系，通过检测U
0
的变化
从而测得R
X
。由于可以检测连续变化的U
0
，所以可以检测连续变化的R
X
，进而检
测连续变化的非电量。
（一）非平衡电桥的桥路形式
1、等臂电桥
电桥的四个桥臂阻值相等，即R
1
=R
2
=R
3
=R
X0
；其中R
X0
是R
X
的初始值，
这时电桥处于平衡状态，U
0
=0。
2、卧式电桥也称输出对称电桥
这时电桥的桥臂电阻对称于输出端，即R
1
= R
3
，R
2
= R
X0
，但R
1
≠R
2
3、立式电桥也称电源对称电桥
这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称相等即
R
1
=R
2
R
X0
=R
3
但R
1
≠R
3
4、比例电桥
这时桥臂电阻成一定的比例关系，即R
1
=KR
2
，R
3
=KR
X0
或R
1
=K R
3
，R
2
=K
R
X0
，K为比例系数。实际上这是一般形式的非平衡电桥。
（二）非平衡电桥的输出
非平衡电桥的输出接负载大小分类又可分为两种。一种是负载阻抗相对于
桥臂电阻很大，如输入阻抗很高的数字电压表或输入阻抗很大的运算放大电路；
另一种是负载阻抗较小，和桥臂电阻相比拟。后一种由于非平衡电桥需输出一
定的功率，故又称为功率电桥。
根据戴维南定理，图1所示的桥路可等效为图2（a）所示的二端口网络。
图 2（a） 图 2（b）
其中U
0C
为等效电源，R
i
为等效内阻。
由图1可知，在R
L
=∞时，等效电源电压值为：
R
3
Rx
U
oc
E
R
2
RxR
1
R
3
根据戴维南定理，将E电源短路，得到图2（b）电路，据此可求出电桥等
效内阻：
R
2
RxR
3
R
1
R
i
R
2
RxR
1
R
3
根据图2（a）电路，得到电桥接有负载R
L
时输出电压：
U
0
L
E
（1）
2
R
Rx
R
i
R
L
R
2
Rx
R
3
R
1
R
3