提高惠斯通电桥灵敏度的方法

精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜提高惠斯通电桥灵敏度的方法篇一：放大系统在惠斯通电桥灵敏度研究中的应用放大系统在惠斯通电桥灵敏度研究中的应用【摘要】本实验基于惠斯通电桥原理，在电位比较的基础上，加入了放大系统，通过调节放大系统的电阻，得出了在该模型下且在一定范围内，惠斯通电桥灵敏度具有一定的可调性，并发现在该模型下与待测电阻同路的电阻阻值与待测电阻越接近越能获得高灵敏度，同时给出了此模型最佳适用条件。【关键词】惠斯通电桥灵敏度放大系统一、引言惠斯通电桥是一种用比较法测电阻的精密仪器，可测电阻范围为几十到几十万欧姆．惠斯通电桥是英国科学家惠斯通首次使用来测量电阻的，就被称为惠斯通电桥．而电桥的平衡是依据检流计的指针是否为零来判断的，由于判断时受到眼睛分辨能力的限制而存在差异，会给测量结果带来误差，影响测量的准确性．这个影响的大小取决于电桥的灵敏度．惠斯通电桥在科学测量技术中应用广泛，随着科学技术的发展，对测量精度的要求越来越高，而惠斯通电桥灵敏度的高低关系到测量结果的精确度问题，本实验从定量的角度对惠斯通电桥的灵敏度进行了探讨，并从理论上进行了分析和解释，目的是为了更好地提高电桥的测量精度。精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜二、实验设计原理如图1所示，本实验基于惠斯通电桥原理，而侧重点在于可调性的灵敏度，即设计出在一定范围内灵敏度可调的惠斯通电桥。本实验通过调节R1和R4的值来获得可调的灵敏度。调节R1和R4，将会使电压表XMM2的读数发生变化，由于经过了运算放大器，XMM3的数值获得了一定的放大，因此当XMM3的两端电压发生一个微小的变化而未发生指针偏转时，XMM2就有可能发生偏转，从而在电压表灵敏度一定的情况下，有效地提高了电桥灵敏度，而ΔXMM2的改变量除以ΔRB/RB，会是当时电压的灵敏度：放大前S=ΔXMM3/(ΔRB/RB)；放大后S=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)图1实验原理图三、实验设计方案由于实验器材受限的等若干因素，本实验未能在实际情况下进行操作，为此本实验特地选用仿真软件进行仿真实验。实验器材：精密电阻RA(1k)R2（5k）R3（10k）可变电阻箱R1(100k)R4（500k）RB（1k）经过粗测的电阻4组RT100、1k、10k、100k精密电阻RC2只1k、50k电压表3只、运算放大器、电源、导线若干精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜实验内容：1.如附图构架电路模型2.接通电路；3.调节R1和R4，使得XMM2的读数绝对值在3~12伏之间，记录此时的R4、R1；4.记录XMM1、XMM2、XMM3；5.改变RB的电阻，使其产生一个微小的变化量ΔRB，并记录此时的RB’到表格当中；6.记录此时XMM1、XMM2、XMM3的读数，记为XMM1’、XMM2’、XMM3’；7.改变RC与RT的组合进行上述实验。四、实验数据处理与结果分析4.1原始数据记录实验原始数据记录表1RC/RTR1R4XMM1XMM2XMM3XMM1'XMM2'XMM3'RBRB'1k/100961601.08410.8136.8651.08410.8386.88122.0121/100461051.08410.9024.8591.08410.9344.87311.011/1k26905.80710.4492.0865.80710.4282.0821.9951/1261905.80711.3990.155.80711.4030.16511.0051/102229510.28610.89610.32810.28610.94210.32422.0031/102829510.28610.9634.27610.28610.9354.27311.00150k/1k50700.22110.469精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜7.6750.22110.4767.6822.00450/136700.22110.8435.7010.22110.8485.70411.00250/101001601.28910.0456.6641.28910.0476.66522.00150/101002251.28910.0124.6851.28910.0184.68811.00150/100901902.48911.1225.4642.48911.1245.46522.00150/1002001902.4895.2795.492.4895.285.49122.0014.2未经过放大系统的灵敏度计算S1=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(6.881-6.865)/((2.012-2)/2)=2.7S2=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(4.873-4.859)/((1.01-1)/1)=1.4S3=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(2.086-2.08)/((2-1.995)/2)=2.4S4=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(0.165-0.15)/((1.005-1)/1)=3.0S5=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(10.328-10.324)/((2.003-2)/2)=2.7S6=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(4.276-4.273)/((1.001-1)/1)=3.0S7=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(7.68-7.675)/((2.004-2)/2)=2.5S8=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(5.704-5.701)/((1.002-1)/1)=1.5S9=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(6.665-6.664)/((2.001-2)/2)=2.0S10=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(4.688-4.685)/((1.001-1)/1)=精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜3.0S11=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(5.465-5.464)/((2.001-2)/2)=2.0S12=ΔXMM3/(ΔRB/RB)=(5.491-5.49)/((2.001-2)/2)=2.0从上面的计算可得未经过放大系统灵敏度与电阻的关系见表2未经过放大系统灵敏度与电阻的关系数据记录表2RC/RT1k/100S2.51.52.03.02.02.01k/1k1k/10k50k/1k50k/10k50k/100kRB=2k2.72.42.7RB=1k1.43.03.0由表2得到未经过放大系统灵敏度与电阻的关系图2：图24.3经过放大系统之后的灵敏度计算S1=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.838-10.813)/((2.012-2)/2)×((10.838/6.881+10.813/6.865)/2)=6.6S2=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.934-10.902)/((1.01-1)/1)×((10.934/4.873+10.902/4.859)/2)=7.2精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜S3=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.449-10.428)/((2-1.995)/2)×((10.428/2.08+10.449/2.086)/2)=42.1S4=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(11.403-11.399)/((1.005-1)/1)×((11.403/0.165+11.399/0.15)/2)=58.0S5=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.942-10.896)/((2.003-2)/2))×((10.942/10.324+10.896/10.328)/2)=32.4S6=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.963-10.935)/((1.001-1)/1)×(10.963/4.273+10.935/4.276)/2)=71.7S7=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.476-10.469)/((2.004-2)/2)×(10.476/7.68+10.469/7.675)/2)=4.8S8=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.848-10.843)/((1.002-1)/1)×(10.848/5.704+10.843/5.701)/2)=4.8S9=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(10.047-10.045)/((2.001-2)/2)×(10.047/6.665+10.045/6.664)/2)=6.0S10=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜=(10.018-10.012)/((1.001-1)/1)×(10.018/4.688+10.012/4.685)/2)=12.8S11=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(11.124-11.122)/((2.001-2)/2)×(11.124/5.465+11.122/5.464)/2)=8.1S12=ΔXMM2/(ΔRB/RB)×(（XMM2’/XMM3’+XMM2/XMM3）/2)=(5.28-5.2792)/((2.001-2)/2)×(5.28/5.491+5.279/5.49)/2)=1.9从上面的计算可得经过放大系统灵敏度与电阻的关系见表3经过放大系统灵敏度与电阻的关系记录表3RC/RT1k/1001k/1k1k/10k50k/1k50k/10k50k/100kSRB=2k6.642.132.4RB=1k7.258.071.7由表3得到经过放大系统灵敏度与电阻的关系图3：4.84.86.012.88.11.9图34.4实验结论1.R1、R4的调节不会改变XMM1的读数，即该模型中运放反向输入端（放大系统）的电阻改变不会直接影响输入电位。2.RC/RT在1：1到1:10的范围内，电桥灵敏度都获得了显著的提高。3.在该模型下与待测电阻同路的电阻阻值与待测电阻越接精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜近越能获得高灵敏度。4.最后一组作为定量分析可知两点输入电位越接近则能获得更好的放大效果，从而获得比较高的灵敏度。5.可知本实验的适用范围有一定的限制，具体可由第四点结论结合图标折线走势分析得知，即（RA/RB-RC/RT）→0时，可获得比较高的灵敏度。6.有最后一组的R1变化而获得的实验数据显示，灵敏度发生了比较大的变化，即灵敏度可调。五、参考文献[1]主编竺江峰，副主编鲁晓东夏雪琴，大学物理实验教程[M]北京：中国水利水电出版社，2021年9月.[2]主编康华光，副主编陈大钦张林，电子技术基础模拟部分（第五版）华中科技大学电子技术课程组编—北京：高等教育出版社.AmplifyingSystemintheApplicationintheStudyoftheSensitivityofWheatstoneBridgeAbstract:TheexperimentbasedontheprincipleofWheatstonebridge,thepotentialonthebasisofcomparison,joinedtheamplificationsystem,byadjustingtheamplificationsystemforadjustingresistance,thevoltagesensitivityofW