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1、标签:标题篇一：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，
2、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。 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
3、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XMM2的改变量除以RB/RB，会是当时电压的灵敏度： 放大前S=XMM3/(RB/RB)； 放大后S=XMM2/(RB/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(100
4、k) R4（500k） RB（1k） 经过粗测的电阻4组RT100 、1k 、10k、 100k 精密电阻RC 2只1k 、50k 电压表3只、运算放大器、电源、导线若干 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312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RB，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
5、实验原始数据记录表1 RC/RT R1 R4 XMM1 XMM2 XMM3 XMM1' XMM2' XMM3' RB RB' 1k/100 96 160 1.084 10.813 6.865 1.084 10.838 6.881 2 2.012 1/100 46 105 1.084 10.902 4.859 1.084 10.934 4.873 1 1.01 1/1k 26 90 5.807 10.449 2.086 5.807 10.428 2.08 2 1.995 1/1 26 190 5.807 11.399 0.15 5.807 11.403 0.165
6、 1 1.005 1/10 22 295 10.286 10.896 10.328 10.286 10.942 10.324 2 2.003 1/10 28 295 10.286 10.963 4.276 10.286 10.935 4.273 1 1.001 50k/1k 50 70 0.221 10.469 7.675 0.221 10.476 7.68 2 2.004 50/1 36 70 0.221 10.843 5.701 0.221 10.848 5.704 1 1.002 50/10 100 160 1.289 10.045 6.664 1.289 10.047 6.665 2
7、2.001 50/10 100 225 1.289 10.012 4.685 1.289 10.018 4.688 1 1.001 50/100 90 190 2.489 11.122 5.464 2.489 11.124 5.465 2 2.001 50/100 200 190 2.489 5.279 5.49 2.489 5.28 5.491 2 2.001 4.2未经过放大系统的灵敏度计算 S1=XMM3/(RB/RB)= (6.881-6.865)/(2.012-2)/ 2)= 2.7 S2=XMM3/(RB/RB)= (4.873-4.859)/(1.01-1)/ 1)= 1.4 S
8、3=XMM3/(RB/RB)= (2.086-2.08)/(2-1.995)/ 2)= 2.4 S4=XMM3/(RB/RB)= (0.165-0.15)/( 1.005-1)/ 1)= 3.0 S5=XMM3/(RB/RB)= (10.328-10.324)/( 2.003-2)/ 2)= 2.7 S6=XMM3/(RB/RB)= (4.276-4.273)/( 1.001-1)/ 1)= 3.0 S7=XMM3/(RB/RB)= (7.68-7.675)/( 2.004-2)/ 2)= 2.5 S8=XMM3/(RB/RB)= (5.704-5.701)/( 1.002-1)/ 1)= 1
9、.5 S9=XMM3/(RB/RB)= (6.665-6.664)/( 2.001-2)/ 2)= 2.0S10=XMM3/(RB/RB)= (4.688-4.685)/( 1.001-1)/ 1)= 3.0 S11=XMM3/(RB/RB)= (5.465-5.464)/( 2.001-2)/ 2)= 2.0 S12=XMM3/(RB/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2 RC/RT 1k/100 S 2.5 1.5 2.0 3.0 2.0 2.0 1k
10、/1k 1k/10k 50k/1k 50k/10k 50k/100k RB=2k 2.7 2.4 2.7 RB=1k 1.4 3.0 3.0 由表2得到未经过放大系统灵敏度与电阻的关系图2： 图2 4.3经过放大系统之后的灵敏度计算 S1=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(10.838-10.813)/ (2.012-2)/ 2) (10.838/6.881+10.813/6.865)/2)=6.6 S2=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(10.934-10.902)/ (1.01-1)/ 1) (
11、10.934/4.873+10.902/4.859)/2)= 7.2 S3=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(10.449-10.428)/ (2-1.995)/ 2) (10.428/2.08+10.449/2.086)/2)= 42.1 S4=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(11.403-11.399)/ (1.005-1)/ 1) (11.403/0.165+11.399/0.15)/ 2)= 58.0 S5=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(
12、10.942-10.896)/ (2.003-2)/ 2) (10.942/10.324+10.896/10.328)/ 2)= 32.4 S6=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(10.963-10.935)/ (1.001-1)/ 1) (10.963/4.273+10.935/4.276)/ 2)= 71.7 S7=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(10.476-10.469)/ (2.004-2)/ 2) (10.476/7.68+10.469/7.675)/ 2)= 4.8 S8=XMM2/
13、(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2)=(10.848-10.843)/ (1.002-1)/ 1) (10.848/5.704+10.843/5.701)/ 2)= 4.8 S9=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(10.047-10.045)/ (2.001-2)/ 2) (10.047/6.665+10.045/6.664)/ 2)= 6.0 S10=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(10.018-10.012)/ (1.001-1)/ 1) (10.018/4.68
14、8+10.012/4.685)/ 2)= 12.8 S11=XMM2/(RB/RB) (（XMM2/XMM3+XMM2/XMM3）/2) =(11.124-11.122)/ (2.001-2)/ 2) (11.124/5.465+11.122/5.464)/ 2)= 8.1 S12=XMM2/(RB/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3 RC/RT 1k/1
15、00 1k/1k 1k/10k 50k/1k 50k/10k 50k/100k S RB=2k 6.6 42.1 32.4 RB=1k 7.2 58.0 71.7 由表3得到经过放大系统灵敏度与电阻的关系图3： 4.8 4.8 6.0 12.8 8.1 1.9 图3 4.4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
