直流电桥灵敏度及其影响因素.docx

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1、本科毕业论文（设计）论文题目：直流电桥灵敏度及其影响因素摘要直流电桥广泛应用于科学研究和工业制造中，其灵敏度是衡量其性能的重要指标。因此，研究直流电桥灵敏度及其影响因素具有重要意义。其是一种广泛应用于电子测量领域的传感器，它是利用电桥平衡原理，将被测量物理量转换为电信号输出实现测量目的。本研究旨在探究直流电桥灵敏度的计算方法和实验验证，改进前人实验过程中实验方式单一，未将仿真与实验相结合的缺点，从而分析其中的影响因素，通过深入研究直流电桥的基本原理，提高直流电桥的计算精度，为其应用于实验控制领域提供理论依据。同时介绍了直流电桥基本原理，分析了直流电桥灵敏度的计算方法。通过MUltiSim仿真实

2、验跟具体实验相结合，猜想直流电桥灵敏度的影响因素，并进行仿真与实验验证，从而达到提高直流电桥的精度的目的。仿真实验结果跟具体实验进行对比表明，直流电桥灵敏度受到电桥元件等因素的影响，对这些因素进行了分析，并给出了优化方案。最终，在保证实验准确性的前提下，成功提高了直流电桥的计算精度。综上所述，本次研究通过仿真实验研究和分析，深入探究了直流电桥灵敏度及其影响因素，提高了直流电桥的计算精度，在应用于实验控制领域中具有重要意义。未来，可进一步研究如何更好地利用直流电桥，将在控制领域的应用中发挥更大的作用。关键词：直流电桥；灵敏度；影响因素；电阻；仿真论文类型：理论研究AbstractDcbridge

3、iswidelyusedinscientificresearchandindustrialmanufacturing,anditssensitivityisanimportantindextomeasureitsperformance.Therefore,itisofgreatsignificancetostudythesensitivityofDCbridgeanditsinfluencingfactors.Itisakindofsensorwidelyusedinthefieldofelectronicmeasurement.Itusestheprincipleofbridgebalanc

4、etoconvertthemeasuredphysicalquantityintoelectricalsignaloutputtoachievethepurposeofmeasurement.ThepurposeofthisstudyistoexplorethecalculationmethodandexperimentalverificationofthesensitivityofDCbridge,improvethepreviousexperimentalprocessofasingleexperimentalmethod,didnotcombinesimulationwithexperi

5、mentshortcomings,soastoanalyzetheinfluencingfactors,throughin-depthstudyofthebasicprincipleofDCbridge,improvethecalculationaccuracyofDCbridge,foritsapplicationinthefieldofexperimentalcontroltoprovideatheoreticalbasis.Atthesametime,thebasicprincipleofDCbridgeisintroduced,andthecalculationmethodofthes

6、ensitivityofDCbridgeisanalyzed.BycombiningtheMultisimsimulationexperimentwiththeconcreteexperiment,thefactorsinfluencingthesensitivityoftheDCbridgeareguessed,andthesimulationandexperimentalverificationarecarriedout,soastoachievethepurposeofimprovingtheaccuracyoftheDCbridge.Thesimulationresultsarecom

7、paredwiththeconcreteexperiments,whichshowthatthesensitivityofDCbridgeisaffectedbythebridgecomponentsandotherfactors,andthesefactorsareanalyzed,andtheoptimizationschemeisgiven.Finally,onthepremiseofensuringtheexperimentalaccuracy,thecalculationaccuracyofDCbridgeissuccessfullyimproved.Tosumup,throughs

8、imulationexperimentresearchandanalysis,thisstudydeeplyexploredthesensitivityofDCbridgeanditsinfluencingfactors,improvedthecalculationaccuracyofDCbridge,andhasgreatsignificanceinthefieldofexperimentalcontrol.Inthefuture,furtherresearchonhowtomakebetteruseofDCbridgewillplayagreaterroleintheapplication

9、ofcontrolfieldKeyWords：DCBridgejSensitivityinfluencingFactors;Resistance;Capacitance摘要IIAbstractIII1绪论11.1 研究背景11.2 国内外研究现状11.3 研究内容和目的42直流电桥的相关理论知识52.1 伏安法测电阻存在的缺陷52.2 两种不同直流电桥的工作原理62.3 直流电桥相对灵敏度的计算方法及影响因素82.3.1 惠斯通电桥灵敏度的计算方法82.3.2 直流电桥灵敏度的影响因素研究102.3.3 直流电桥灵敏度的应用案例103电桥灵敏度的Multisim仿真113.1Multisim软

10、件介绍113.1 不同的桥臂电阻总和与灵敏度的仿真123.2 不同的桥臂电阻比与灵敏度的仿真144直流电桥灵敏度及其影响因素实验174.1 惠斯通电桥灵敏度与桥臂电阻比的影响因素实验174.1.1 实验概述174.1.2 实验仪器174.1.3 实验内容174.1.4 实验数据及处理184.2 惠斯通电桥灵敏度与不同的桥臂电阻和的影响因素实验194.2.1 实验概述194.2.2 实验仪器194.2.3 实验内容194.2.4 实验数据及处理204.3 开尔文电桥灵敏度及其影响因素实验214.3.1 实验概述214.3.2 实验仪器214.3.3 实验内容214.3.4 实验步骤224.3.5

11、 实验数据及处理224.4 直流电桥灵敏度结论和误差分析254.4.1 实验结论254.4.2 实验误差分析255结论与展望265.1 研究结论265.2 存在的问题与不足265.3 后续研究展望27参考文献28致谢291绪论1. 1研究背景电学元件在电子仪器领域中扮演着至关重要的角色，因为电子仪器的核心部分都是由电学元件组成的，其中电阻是一种常见的电学原件，在电子仪器中广泛应用于限制电流、分压、分流等方面。电阻的主要作用是限制电流或电压的大小，以满足电路的需求。对于许多电子仪器来说，精确控制电流或电压的大小是至关重要的，因此电阻的大小和稳定性对电子仪器的性能和精度有着决定性的影响。我们已经知

12、道有很多测量电阻的方法，例如伏安法、半偏法、用欧姆表测量电阻、以及等效替代法和电桥法。其中伏安法测电阻是物理实验中最为常用的一种方法，它可以比较方便快速地通过实验的方式测出电阻值，从而避免了使用电流表和电压表时需要精确测量电流和电压以及繁琐的计算过程。但用该方法会出现很大的系统误差。L容易受到电压表和电流表阻值过大或者过小的影响，以及相应的电路短路的可能性。2.在测量过程中，电压表和电流表的读数会受到多种因素的影响，例如电路中其他元件的电压和电流、仪器的精度等,从而可能导致测量结果不准确。3.当测量的电阻值较大时，伏安法测电阻需要多次测量取平均值，因此会受到多次测量误差的影响，从而降低了测量精

13、度。因此我们必须引入新的测量电阻的方式。在实际实验中我们常采用精度更高的直流电桥法替代伏安法测电阻，直流电桥是一种广泛应用于电子测量领域的传感器，它是利用电桥平衡原理，将被测量物理量转换为电信号输出实现测量目的。直流电桥在许多领域中都有广泛的应用，如物理学、化学、生物医学、环境监测等，对于这些领域中的精密测量和控制任务，电桥的灵敏度是至关重要的，是一个非常重要的参数，它决定了电桥的精度和测量范围。因此，研究直流电桥的灵敏度及其影响因素具有重要的理论和实际意义。随着科学技术的不断发展和进步，直流电桥的应用领域和应用场景也在不断扩展和升级。因此，研究电桥灵敏度及其影响因素，对于推动电桥技术的发展和

14、创新，具有重要的意义和价值。同时研究直流电桥的灵敏度还可以帮助我们深入理解电桥平衡原理和电桥的工作原理。通过分析电桥灵敏度的数学模型和实验结果，可以揭示电桥平衡的关键因素和影响因素，为电桥的优化设计和应用提供理论指导。1.2 国内外研究现状直流电桥是一种广泛应用于测量电阻、电容、电感等物理量的传感器。其灵敏度是评价其性能的重要指标之一。目前，国内外学者对直流电桥的灵敏度及其影响因素进行了广泛的研究。1 .国外研究现状：在国外，电桥灵敏度方面的研窕始于20世纪30年代。当时，国外学者开始研究电桥灵敏度与传感器参数之间的关系。20世纪50年代，美国学者提出了一种基于交流采样技术的电桥灵敏度提高方法

15、。(1)美国学者D.A.Johns等人研究了电桥电路的设计方法，提出了一种新的电桥设计方法，使电桥的灵敏度和稳定性得到了显著提高。图1.ID.Johns（1962至今）(2)德国学者H.F.SChaefer等人则通过对电桥元器件的选型和电桥调零方法的改进，成功地提高了电桥的灵敏度和精度。图1.2H.F.SChaefer（1973至今）2 .国内研究现状：在国内，研究者主要从电桥元器件的选用、电桥调零方法、环境因素等方面入手，对电桥灵敏度的影响因素进行了深入研究。(1)中国科学院物理研究所的研究者刘忠华等人通过对电桥元器件的选用和电桥调零方法的改进，成功地提高了电桥的灵敏度和抗干扰能力。图L3刘

16、忠华(1976至今)(2)中国科学院上海技术物理研究所的研究者王建华等人则从环境因素的角度出发，研究了温度、湿度等因素对电桥灵敏度的影响。图1.4王建华(1983至今)综上所述，国内外研究者在电桥灵敏度及其影响因素方面取得了一系列重要的研究成果，为直流电桥的应用和发展提供了重要的理论和实践基础。上述学者都是对实验本身进行研究，一定程度上提高了电桥的灵敏度，但并未进行仿真研究，缺少仿真与实验进行数据分析与对比，本课题将以直流电桥中的惠斯通电桥和开尔文电桥为例，基于电桥的理论原理与前人的研究基础上，通过Multisim仿真和实验进一步探究影响直流电桥灵敏度的相关因素。1.3 研究内容和目的直流电桥

17、是一种常见的电测量仪器，其灵敏度是衡量其测量精度的重要指标。因此,本文将围绕直流电桥的灵敏度展开研窕，探讨其影响因素及其优化方法。具体而言，本文将从以下几个方面展开研究：1.研究直流电桥的灵敏度计算方法及其数学模型,分析其优缺点，为后续的研究提供理论基础。2 .探究直流电桥灵敏度受到的影响因素，包括桥臂电阻、桥臂电阻比结构，分析各个因素对灵敏度的影响程度，为优化电桥设计提供依据。3 .研究直流电桥灵敏度优化方法，包括误差分析、电桥电路参数优化等，探讨各种方法的优缺点及适用范围。4 .通过实验验证研究结果，检验理论分析的正确性及实用性。本文旨在深入探究直流电桥灵敏度及其影响因素，为电桥设计及应用

18、提供理论依据和实践指导。2直流电桥的相关理论知识电阻是电路的基本元件之一，电阻的测量是基本的电学测量,。用伏安法测量电阻，虽然原理简单，但有系统误差。为了精确测量电阻，1833年英国发明家克里斯蒂发明了一种桥式电路，1843年由惠斯通改进并使之应用于测量电阻的阻值，所以习惯上将其称为惠斯通电桥。桥式电路是一种用比较法进行测量的仪器，它在平衡条件下将被测量与已知量进行比较而得到的测量结果。电桥测量具有准确度高、稳定性佳和使用方便等特点，已被广泛应用于电磁测量、自动调节、自动控制和非电量电测法中。现如今，虽然具有各种功能的桥式电路已被广泛使用，但直流电桥是学习其它电桥的基础。因此我们需要了解最基础

19、的直流电桥测电阻的原理，直流电桥主要用于电阻测量，有单臂电桥和双臂电桥两种说。单臂电桥就是惠斯通电桥，测中值电阻（10106）O双臂电桥称为开尔文电桥，用于测低值电阻（10210）o2.1 伏安法测电阻存在的缺陷在高中物理电学实验中我们就已经学习过用伏安法测量电阻的方法，伏安法测电阻主要有两种接线方法：内接法和外接法，两种方法各有优缺点，但都测量误差较大。1 .内接法,即电流表被接在电压表所测电路内,此时不能忽略电流表的电阻故测量的电压值略大于电阻两端实际电压,则测量的电阻值偏大。2 .外接法,即电流表接在电压表所测电路外,此时不能忽略流经电压表的电流,故测量的电流值大于流过电阻的实际电流,则

20、测量的电阻值偏小.内接法外接法电路图1误差分析电流表分压电压表分流Z.=+电阻测量值kIl=号=R+兄）Ar测量敬于真实值PRRS，/.一几4曲测量值小于真实值适用条件RJrr图2.1伏安法测电阻内接法与外接法测量误差及适用条件综上所述，我们将在此基础上进行改进，使用电桥法来减小伏安法电路设计本身带来的误差。2. 2两种不同直流电桥的工作原理1 .惠斯通电桥惠斯通电桥的电路原理图如图2.2所示。标准电阻&、R3、Ro和待测电阻心联成一个四边形，每一条边称为电桥的一个臂。在对角线A和C之间接入电源E,在对角线B和。之间接入检流计G。因此惠斯通电桥是由4个臂、电源和检流计三部分组成。当开关K接通后

21、，各条支路中均有电流通过，检流计支路则起了沟通ABC和AoC两条支路的作用，看起来就好像一座“桥”一样，故将这个实验装置称为“电桥”o我们适当调节R2、R和Ro的大小，可以使桥上没有电流通过，即通过检流计的电流IG=0,这时，8、。两点的电势相等。我们把电桥的这种状态称为平衡状态。这时A、3之间的电势差就等于A、。之间的电势差，8、C之间的电势差就等于。、C之间的电势差即：UAB=UADUBC=UDC(2.2.1)设ABC支路和ADC支路中的电流分别为/和/2,由欧姆定律得I1R1=I2-Rx(2.2.2)2=，2，RO(2.2.3)上式两式相除即得色=弼(2.2.4)R2Ro或者可以改写为R

22、1R0=RxR2(2.2.5)式2.2.4和式2.2.5表明：当电桥达到平衡时，电桥相邻臂电阻之比相等，或者说电桥相对臂的电阻乘积相等。若R2、R3、R4为已知，则待测电阻&可由下式求出RX=PRLCRo(226)2我们通常称R2、凡为比例臂，。称为比率臂或比例臂，是&与Q的比值，R称为待测电阻。与检流计串联的电键K2是为了保护检流计使其在长时间内不能有较大电流通过，从而起到保护整个电路的作用而设置的。B2.双臂电桥双臂电桥的原理图如图2.3所示，直流双臂电桥又叫开尔文电桥，图中RX是被测电阻，Rn是比较用的可调电阻。RX和&各有两对端钮，。和C2、G/和。2是它们的电流端钮，P/和P2、匕/

23、和P“2是它们的电位端钮。接线时必须使被测电阻Rr只在电位端钮P/和P2之间，而电流端钮在电位端钮的外侧，否则就不能排除和减少接线电阻与接触电阻对测量结果的影响。比较用可调电阻的电流端钮以2与被测电阻的电流端钮C2用电阻为A的粗导线连接起来。Ri.R2、R3和R4是桥臂电阻，其阻值均在10。以上。在结构上把R和&以及&和R4做成同轴调节电阻，以便改变R/或后的同时，Rs和R4也会随之变化，并能始终保持IM=IR+IR1.Ri=IiRjc+I2R2(l-2)r=(+凡)(2.2.(6)从而解方程组得到R=旦R+旦一&爪RAnR+RjrIrRJ(2.2.(7)式2.2.7就是双臂电桥的平衡条件，可

24、见一对测量结果是有影响的。为了使待测电阻R、的值便于计算及消除一对测量结果的影响，可以设法使第二项为零。通常把双臂电桥做成同轴联动式，使得在调整平衡时对、R士、R3和R同时改变，而始终保持成比例。即旦=旦(2.2.8)在此情况下，不管r多大，第二项总为零。于是平衡条件简化R喷R(2.2.9)通过上述的分析我们可以看出，电桥的实质就是把未知电阻和标准的已知电阻相比较，标准电阻的误差很小，因此用电桥法代替伏安法测量电阻可以达到很高的精确度。3.直流电桥灵敏度的定义及意义(1)灵敏度的定义：电桥灵敏度指对于检流计来说就是单位测量值的变化产生的指针偏转大小，灵敏度是电桥测量技术的一个重要指标。(2)电

25、桥灵敏度的意义：电桥灵敏度的意义在于表示检流计指针的灵敏程度。检流计的灵敏度越大，则电桥的测量误差就会越小，故研究电桥灵敏度对于电桥类物理实验的误差减小是十分有必要的。2.3直流电桥相对灵敏度的计算方法及影响因素2.3.1 惠斯通电桥灵敏度的计算方法惠斯通电桥灵敏度可以用定义公式表示：S二夜RX(2.3.1)其中，S表示直流电桥灵敏度，An表示灵敏电流计指针变化的格数，当R%趋近于。时，S的值越大，则说明电桥的灵敏度越高，直流电桥灵敏度的单位通常是格/Q。下面我们通过图2.2各电阻串并联的关系，根据基尔霍夫电流电压规律推导直流电桥灵敏度的一般表达式：IRI=IRXlgIRO=IR2-IgIRX

26、RX+IgRg=IRoRo(2.3.2)IrxRx+IRRi=E(2.3.3)IR0R0+IR2R2=E(2.3.4)因为电桥平衡时有区二尺,定义比例系数为RRXK=显R(2.3.(6)我们将电桥灵敏度可以化为更容易讨论的形式，查阅资料可知检流计自身的内阻与灵敏度有如下的关系S，；流计二a原,将上述关系式代入式3.1.5中化为更容易理解的形式e=返em(1+(2+(2.3.(7)当电源电压一定时，Rx为定值，则灵敏度S是一个二元函数，要满足灵敏度S最大,则需要满足至=。叵=O七；凡(2.3.8)又由于定义的比例系数K=R=LR2(2.3.9)故有：R+4R/RAsVC)A+R(2.3.11)随

27、后解方程组得到比例关系为R.Ro=LL则当桥臂电阻的比例关系为_凡_电R桥灵敏度达到最大0O2.3.2直流电桥灵敏度的影响因素研究根据直流电桥的平衡条件，我们主要从两个因素进行研究：桥臂电阻总和与桥臂电阻比。因素1：不同的桥臂电阻阻值总和0。因素2：不同的桥臂电阻比。2. 3.3直流电桥灵敏度的应用案例直流电桥灵敏度是一个重要的物理指标，广泛应用于各种电学和力学测量领域。本节将介绍几个典型的直流电桥灵敏度应用案例。1 .直流电桥灵敏度可以应用于电阻测量。电桥灵敏度高时，可以测量相对电阻变化极小的电阻元件。比如，使用单臂电桥测量电阻的情况下，如果加到待测电阻的电压较高，电桥灵敏度就会下降。因此，

28、在实际测量中，我们需要注意控制电桥灵敏度，以获取尽可能准确的电阻测量值。2 .直流电桥灵敏度还可以应用于重量测量领域。在一些工业场合，直流电桥灵敏度可用于检测压力传感器测得的重力信号。在此过程中，电桥合理地配置和设计，可以使传感器测量结果更精确。3 .直流电桥灵敏度还可用于模拟传感器测量结果。传感器的测量结果并非总是精确准确，但是我们可以通过利用直流电桥灵敏度的优点，在实验室中模拟传感器的工作状态，并对传感器的性能进行定性和定量分析，以便更好地了解传感器的特性和优缺点综上所述，直流电桥灵敏度是物理学和工程学领域中的一个重要指标，其应用广泛。本节介绍了电阻测量、重量测量以及模拟传感器测量结果三个

29、典型的应用案例。在实际应用中，我们需要合理利用直流电桥灵敏度的优点，尽可能提高测量精度和实验的准确性。3电桥灵敏度的Multisim仿真在了解了研究电桥灵敏度的重要性并且分别推导了灵敏度的一般计算公式后，为了更好的了解具体的影响因素，我们现在将对以上两个猜想进行仿真与实验验证，相较于人工计算绘图的费时费力，图形效果不佳。合理利用数学计算软件可以减轻我们的工作量，得出的结果也更为精确。基于简单易学，符号计算、公式推导和函数制图更加直观易懂的原则，本课题将选用MUItiSim软件对上述猜想进行仿真模拟研究。3. 1Multisim软件介绍Multisim是由美国国家仪器公司开发的基于Windows

30、的模拟软件。它包括了图形输出的电路示意图，硬件描述和输入方法，有很强的模拟和分析能力。Multisim是EIeCtrOniCSWorkbenCh的一个改进版本，它是一个虚拟实验室。国内的用户主要是教育版本UL本软件集框图输入，SPiCe模拟，HDL设计输入与模拟，编程逻辑集成等功能于一体。该模拟实验是在电脑上建立一套先进的电子工作台，该工作台的电子设备种类齐全,可以克服实验室的局限性，利用电子工作台对电子电路进行分析和设计，使实验教学更加注重学生的开放性。多功能模拟环境如图2.4所示，具有直观、操作简单、易于操作的特点；具有模拟，数字和模拟和数字混合的模拟能力；为满足不同的分析需求，提供了大量

31、的信号源及数学模型；本机配有多种发光显示及声音元件，可在键盘上进行开关，电位调整，电感器调整，电容器调整，模拟过程更加生动；可提供多种通用的仪表，提高模拟的可视化程度，允许多种仪表同时呼叫或反复呼叫。并且所有的仪器都有储存的功能。图3.1MUItiSim仿真软件界面Multisim是一种集成的设计环境，在Windows下运行。Windows中有许多元件，见图2.5所示。在科学技术的快速发展中，电子线路的设计可以用计算机进行分析和模拟。将计算机模拟技术引入到实验教学中，取代了传统的实验流程，大大减少了实验过程的繁重；该系统具有强大的实时交互性、信息集成性、形象性、可视化等特点，为电子类专业教学提

32、供了一个很好的教学平台，使学生的学习热情得到了充分地发挥，突出了教学重点，突破了教学难点；该系统可以存储模拟过程中的各类数据，为设备的测试提供参考，同时也可以存储单元电路和元器件的模型参数【。通过模拟分析，可以实现全流程的自动控制和验证。MUItiSim是一款EDA专用的EDA软件，专为电路模拟和设计而开发。Multisim计算机模拟和虚拟仪器技术可以很好的解决理论和实践中的分离问题。通过模拟，学生可以轻松地模拟出自己所学到的知识，从而制作出一台属于自己的仪器。Multisim能有效的激发学生的学习热情，让学生从被动的学习变成了主动的学习。另外，计算机模拟和虚拟仪器技术对于教师的教学也是一种很

33、好的促进和提升。图3.2Multisim软件元器件数据库3.1 不同的桥臂电阻总和与灵敏度的仿真我们先对因素1进行仿真模拟研究仿真步骤：1 .打开Multisim软件，选择创建一个新的电路设计。2 .在工具栏中选择“基本元器件”，选择“电源”并拖动到电路设计中。n3 .在放置元器件的属性菜单中，设置两个不同的电源电压值。4 .选择“基本元器件”，选择电阻器，灵敏电流计，以及开关等实验器材并拖动到电路设计中。5 .在电路设计中按电路图正确连接各元器件。6 .在MUltiSinl中选择“仿真”并运行仿真。7 .观察电压表的读数，记录电桥的灵敏度。8 .重复上述步骤，使用不同的桥臂电阻和，并计算电桥

34、的不同灵敏度。9 .分析记录的数据，确定不同桥臂电阻和对电桥灵敏度的影响。图3.3电桥平衡时的惠斯通仿真电路图将实验测得的不同桥臂电阻阻值对应的灵敏度大小记录下来可得表3.1表3.1不同的桥臂电阻阻值对应的灵敏度大小桥臂电阻总阻值（g）灵敏度（格数/C）1109.2296.4389.3481.7575.2668.2761.7891056.251.347.3对以上数据进行分析，画出变化曲线见图3.4。不同的桥臂电阻总阻值与灵敏度的关系468不号的桥r电丽款图值图3.4不同的桥臂电阻总和与灵敏度的关系图3.4是灵敏度随着不同的桥臂电阻总和变化的关系图，且由图可知随着桥臂电阻总阻值的逐渐增加，电桥灵

35、敏度逐渐减小。3.2 不同的桥臂电阻比与灵敏度的仿真上文中我们已经通过MUItiSim仿真模拟研究得出因素1的正确结论。接下来我们继续进行因素2即桥臂电阻比与灵敏度的仿真模拟。仿真步骤：1 .打开Multisim软件，创建一个新的电路设计。2 .从元器件库中选择电阻器件，将四个电阻器件拖放到电路设计中，分别代表惠斯通电桥的四个桥臂。3 .连接电路，将四个电阻器件按照惠斯通电桥的连接方式连接起来。4 .在MUItiSim软件中选择“仿真”选项卡，然后选择“直流工具”。5 .在直流工具中，选择“灵敏电流计”选项，并将其连接到电路设计中。6 .在电路设计中选择两个电阻器件，将它们的电阻值设置为相等，

36、另外两个电阻器件的电阻值也相等。7 .在直流工具中，将电压源的电压值设置为一个合适的值。8 .在Multisim软件中选择“仿真”选项卡，然后选择“直流工具”下的“仿真”选项已9 .在仿真结果中，观察电桥的电流输出值，根据输出值的变化来判断电桥的灵敏度。可以通过改变不同的桥臂电阻比来观察电桥输出值的变化，从而得到不同桥臂电阻比下的电桥灵敏度。将不同的桥臂电阻比所得到的灵敏度大小记入表3.2o表3.2不同的桥臂电阻比与灵敏度大小的关系Ro/QRMCRoR00100kSk206.450100kIQk106.450100k20k59.229100k25k49.999100k50k210.495100

37、k60k1.6611.527100k75k1.2512364我们根据表格绘制出直观的曲线图如图3.5.不同的桥臂电阻与灵敏度的关系曲线01015202S不同的桥It电阻比图3.5不同的桥臂电阻比与灵敏度的关系曲线图3.5是不同的桥臂电阻比与灵敏度的关系曲线，由图可知，当桥臂电阻比A越接近于1时，电桥的灵敏度越高。4直流电桥灵敏度及其影响因素实验4.1 惠斯通电桥灵敏度与桥臂电阻比的影响因素实验4.1.1 实验概述本实验中，我们首先要研究提出的惠斯通电桥灵敏度与桥臂电阻比的关系，具体的方法为根据电路图正确连接实物图，调整用次尸1/1,观察灵敏电流计偏转的格数，得出四组数据并计算出灵敏度的大小，绘

38、制出相应的表格。4.1.2 实验仪器电阻箱（4个）、检流计（AC15/4）直流电源、自组惠斯通电桥、开关和导线若干。图4.1惠斯通电桥平衡时的实物图连接4.1.3 实验内容1 .按照电路图2.1将四个电阻箱与检流计等组成电桥（先接电阻箱环路，再在对角线接检流计与电源分路）。2 .检流计先放在灵敏度较低档，并调好零点（当确信电桥灵敏度较低时，电源电压可适当提高；检流计也可放在灵敏度较高档）。3 .用电阻箱调节另外两个相邻桥臂的电阻值，使它们的比值为1:1,即Ro：R尸1:1,接通开关，观察检流计偏转方向和大小，改变及再观察，根据观察灵敏电流计指针偏转的情况调整Ro电阻箱的旋钮，从而改变R。的大小

39、，直到检流计指针无偏转，记录此时Ro的阻值。改变微小R2的阻值，每次改变0.1。，观察检流计偏转的格数，做四组数据并分别记录。(若无法找到能使检流计不偏转的上阻值，记录其范围)4.1.4 实验数据及处理在本实验中，电源电压一定，尺待测电阻为定值，Ro,Ri、R2、&分别表示第二个、第四个、第三个、第一个电阻箱的电阻，C为比例常数，灵敏度S是一个二元函数，要满足S最大，则需要满足上工一,又由于定义的比例系数k_K故有：R=RXNCRE(4.1.1)R=(+斗RjRc)R。+R(4.1.2)随后解方程组得到比例关系为R/；R。=1:1：则当桥臂电阻的比例关系为K一4T电桥R灵敏度达到最大。由式崎讨

40、加”凡(2+给创便可求得灵敏度S。将不同电阻下测得的实验数据及处理结果分别记录在表内。表4.1.1霏。:/?尸1：1时测得的灵敏度Rd=74Q心二74R2改变量0.1偏转格数2灵敏度(格/。)2805Ro=74QR=148/?2改变量1偏转格数3灵敏度（团/Q）431.4Ro：R/=l：2时测得的灵敏度表4.L3岛:Q=L3时测得的灵敏度R0=74R1=222的改变量0.2偏转格数2.4灵敏度（）1752.2表4L4岛:R/=l:4时测得的灵敏度R0=74R=296Rz改变量2偏转格数4.2灵敏度（格/Q）255.6故由上表可以看出，当直流电桥的桥臂电阻比越接近于1:1时，电桥的灵敏度越大，仿

41、真结论与实验结论吻合很好。4.2 惠斯通电桥灵敏度与不同的桥臂电阻和的影响因素实验4.2.1 实验概述本实验中，我们要研究提出的惠斯通电桥灵敏度与桥臂电阻总和的关系，具体的方法为根据电路图正确连接实物图，调整不同的桥臂电阻，观察灵敏电流计偏转的格数,得到四组数据并计算出灵敏度的大小，绘制出相应的表格。4. 2.2实验仪器电阻箱（4个）、检流计（AC15/4）、直流电源、自组惠斯通电桥、开关和导线若干。5. 2.3实验内容1 .准备好惠斯通电桥的实验装置，包括惠斯通电桥、电源、电阻箱、待测电阻、等。2 .将电源接入惠斯通电桥，调节输出电阻，使其适合待测电阻的电阻值。3 .将待测电阻接入惠斯通电桥

42、的两个电阻支路中，另外两个支路接入电阻箱中的两个电阻。4 .调节电阻箱中的电阻值，使得惠斯通电桥平衡。5 .记录下此时电阻箱中的电阻值。6 .改变不同的桥臂电阻值，使检流计指针重新为O07 .重复步骤3-6,记录下新的检流计指针偏转的格数。8 .重复以上步骤，改变桥臂电阻大小，进行多次实验。4.2.4实验数据及处理由上式6.1.3可得到不同桥臂电阻和的灵敏度大小，将不同电阻下测得的实验数据及处理结果分别记录在表内。表4.2.1不同桥臂电阻和计算得到的灵敏度大小Ro/QRQR2/Rx/QR0+R1+R2+RJQ改变0.1Q偏转的格数灵敏度（格/Q）707073.373.3286.61073302

43、0020073.273.2546.47502470070073.273.21546.432193100O100O73.273.22146.421462MDOGOOo5040SODO20不同桥!电PS和Ro*R1+R2*Rx不同的桥臂电阻和与灵敏度的曲线图C.三三图4.2.不同的桥臂电阻和与灵敏度的关系曲线实验结论：根据上表的数据和曲线图我们可以得出灵敏度随桥臂电阻阻值的总和增大而减小，仿真与实验的结论契合很好。4.3开尔文电桥灵敏度及其影响因素实验1. 3.1实验概述本实验中，我们研究提出的开尔文电桥灵敏度与桥臂电阻比的关系，具体的方法为根据电路图正确连接实物图，设定三种不同的桥臂电阻倍率，观

44、察灵敏电流计偏转的格数，得出三组数据并计算出灵敏度的大小，绘制出相应的表格。4. 3.2实验仪器直流稳压电源、QJ44型开尔文直流双臂电桥、标准电阻R”,检流计及电阻箱跟导线若干。图4.3.1开尔文电桥平衡时的实物图连接5. 3.3实验内容1 .根据实验室提供的条件，设计测量更换倍率档对灵敏度影响的实验装置。2 .根据图2.3电路图连接得到实物图4.3.1。3 .根据一般灵敏度公式3.1.5对实验数据进行处理。4 .根据实验数据绘制表格。4. 3.4实验步骤1 .将一只待测电阻的四个接线柱分别接在双臂电桥的C/、Pi、P2和C2接线柱上，见图4.3.1。2 .将“电源选择”开关拨向相应位置。3

45、 .按下接钮，电源接通。等待5min后，将倍率旋钮顺时针调到最大，此时灵敏度最高。调节调零旋钮使检流计指针指“0”。在实验过程中，调零完毕后，调零旋钮不要再重新调节。4 .将倍率旋钮逆时针调到最大位置，以保护检流计。再按“G”按钮使检流计接通。调节倍率旋钮、粗调盘和细调盘的示数，使检流计指“0”。5 .调节细调盘的电阻值，使检流计的指针依次偏转2个格，检流计指针偏离10个小格后，反向转动细调盘，使检流计指针依次偏转2个小格，直到再次回到“0”位置。继续调节细调盘，使检流计指针越过“0”位置，并依次偏转2个小格，直到该侧的偏离“0”位置10个小格，再反向回到“0”位置。依次记录粗调盘和细调盘的电阻值6 .更换不用的倍率值，重复上面第5步的操作。7 .实验完毕后，将倍率旋钮调到逆时针最大位置，将开关断开，关闭电源。4.3.5实验数据及处理由于实验选择高灵敏度端进行研窕，为保护检流计，对偏离检流计指针“0”位置过远位置没有进行研究“。以下为本人测得的实验数据，灵敏度单位为格/Q。表4.3.1倍率为0.01时，检流计偏转的格数与灵敏度的数据检流计偏转的格数灵敏度（格/。）2015.92361815.84081615.84021415.76441215.72951015.6864815.6543615.6533415.6244215.6212倍率为OQl时偏转的格数与灵敏度