交流电桥实验报告要点

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1、交流电桥实验能源与动力工程151班 张陆 学号：5902615015交流电桥是测量交流元件阻抗的一种常用电桥，主要用来精确测量电器的电容量和线圈的电感量，也用于测量频率、损耗等电参量及一些可转换为电参数的非电量。交流元件的电参数主要有电阻、电感、电容等。实验目的1、了解交流桥路的特点和调节平衡的方法。2、使用交流电桥测量电容及其损耗。3、使用交流电桥测量电感及其品质因数。实验原理1 、交流电桥平衡条件交流电桥是对比直流电桥的结构而发展出来的，它在测量电路组成上与惠斯通电桥相 似，电桥的四个臂 乙，Z2 , Z3, Z4通常是复阻抗（可以是电阻、电容、电感或它们的组合）, ab间接交流电源E ,

2、 cd间接交流平衡指示器 D （毫伏表或示波器等）.电桥平衡时，c、d两点等电位，由此得到交流电桥的平衡条件： 乙Z3 = Z2乙利用交流电桥测量未知阻抗Zx（Zx=Z1）的过程就是调节其余各臂阻抗参数使上式成立的过程.一般来说，ZX包含二个未知分量，实际上按复阻抗形式给出的平衡条件相当于两个实数平衡条件，电桥平衡时它们应同时得到满足，这意味着要测量ZX ,电桥各臂阻抗参数至少要有两个可调，而且各臂必须按电桥的两个平衡条件作适当配置.（即电桥的两个可调参数2 、桥臂配置和可调参数选取的基本原则在多数交流电桥中，为了使线路结构简单和实现“分别读数”分别只与被测阻抗的一个分量有单值的函数关系），常

3、把电桥的两个臂设计成纯电阻（统称为辅助臂），这样，除被测 Zx外只剩一个臂具有复阻抗性质，此臂由标准电抗元件（标准电感或标准电容）与一个可调电阻适当组合而成 （称为比较臂），在这样的条件下，由交流电桥的 平衡条件得到桥臂配置和可调参数选取的基本原则.（1） 当比较臂与被测臂阻抗性质相同（指同为电感性或电容性），二者应放在相邻的桥臂位置上；反之，应放在相对的桥臂位置上.（2） 若取比较臂的两个阻抗分量作可调参数，则当比较臂阻抗分量的联接方式（指串联或并联）与被测臂等效电路的联接方式一致时，二者应放在相邻的桥臂位置；反之，就放在相 对的桥臂位置.（3） 当缺乏可调标准电抗元件或需要采用高精度固定电

4、抗元件作为标准量具时，则选取 辅助臂和比较臂所含电阻中的两个作为可调参数使电桥趋于平衡.（此时一般不能分别读数）.电桥达到平衡。3.常用的交流电桥（1）电容电桥电容电桥主要用来测量电容器的电容量及损耗角，利用已知电容测量未知电容。 电容器的损耗因数等效串联电路中的 C和R与等效并联电路中的 C： R，是不相等的。在一般情况下， 当电容器介质损耗不大时，应当有C-C，,R不,。所以，如果用 R或R，来表示实际电容器的损耗时，还必须说明它对于哪一种等效电路而言。因此为了表示方便起见，通常用电容器的损耗角8的正切tan 8来表示它的介质损耗特性，并用符号 D表示，通常称它为损耗因 数。在串联等效电路

5、中，损耗因数表示为rUR IR D 二 tan = = CRUc IC在等效的并联电路中，损耗因数表示为UD = tan、=- = R = 1IC CU CR应当指出，两种等效电路都是适合的， 所以不管用哪种等效电路， 求出的损耗因数是一致的。R|=Rb串联电阻式电容电桥 测量小损耗电容的电容电桥（串联电阻式电容电桥）电容电桥适合用来测量损耗小的电容， 被测电容Cx接到电桥的第一臂，等效为电容Cx 和串联电阻Rx,其中Rx表示它的损耗；与被测电容相比较的标准电容 Cn接入相邻的第四 臂,同时与Cn串联一个可变电阻 Rn,桥的另外两臂为纯电阻 Rb及Ra,当电桥调到平衡时，(Rr)Ra= (Rn

6、j Cn)Rb式（15）的实数部分和虚数部分分别相等，即RxRaRnRbRaRbCnRRbRaRnR Cx 一 Cn Rb由此可知，要使电桥达到平衡，必须同时满足式两个条件，因此至少调节两个参数。电容的 损耗因数D为D -tan 二 CxRxMCnRn 测量大损耗电容的电容电桥（并联电阻式电容电桥）京E惊并联电阻式电容电桥假如被测电容的损耗大， 则用上述电桥测量时， 与标准电容相串联的电阻 Rn必须很大, 这将会降低电桥的灵敏度。 因此，当被测电容的损耗大时， 宜采用另一种电容电桥的线路来 进行测量，它的特点是标准电容 Cn与电阻Rx是彼此并联的，则根据电桥的平衡条件可以写 成RaRxj Cx

7、1RnRbj Cn整理后可得RxRRaRnCRaRb电容的损耗因数D为D = tan、=Cx Rx1CnRn测量高Q值电感的电桥原理(3)电感电桥电感电桥是用已知电感或电容来测量未知电感的电桥。电感电桥有多种线路， 通常采用标准电容作为与被测电感相比较的标准元件，从前面的分析可知， 这时，标准电容一定要安 置在与被测电感相对的桥臂中。根据实际的需要，也可采用标准电感作为标准元件，这时, 标准电感一定要安置在与被 测电感相邻的桥臂中。电感器的品质因数般实际的电感线圈都不是纯电感，除了电抗Xl=coL外，还有有效电阻 R,两者之比称为电感线圈的品质因数 Q,即c LQ = R 测量高Q值电感的电感

8、电桥这一常用的电桥电路又称为海氏电桥。电桥平衡时，根据平衡条件可得(Rx j L)(Rn1)=RaRbj Cn简化和整理后可得LxRaRbCn1 - ( RCn)2RaRbRn( Cn)2Rx =1 ( RnCn)2海氏电桥的平衡条件与频率有关。因此，在应用成品电桥时， 若改用外接电源供电，必须注意要使电源的频率与该电桥说明书上规定的电源频率相符，而且电源波形必须是正弦 波，否则，谐波频率就会影响测量的精度。被测电感的品质因数 Q值为LxRx1CnRn 测量低Q值电感的电感电桥测量低Q值电感的电桥原理这一常用的电桥电路又称为麦克斯韦一维恩电桥。这种电桥与测量高Q值电感的海氏电桥所不同的是，标准

9、电容的桥臂中的Cn和可变电阻Rn是并联的。在电桥平衡时，根据平衡条件有1（Rx j Lx）（）-RaRbj Cn Rn简化和整理后可得Lx =RaRCn被测电感的品质因数 Q为- LxQ = CnRn Rx麦克斯韦一维恩电桥的平衡条件式表明，它的平衡是与频率无关的，即在电源为任何频率或非正弦的情况下，电桥都能平衡，且其实际可测量的Q值范围也较大，所以这一电桥的应用范围较广。但是实际上，由于电桥内各元件间的相互影响，所以交流电桥的测量频率对测量精度仍有一定的影响。4.交流电桥平衡的调节根据交流电桥的基本原理，各桥臂的参量中至少要有二个可调，只有两参量同时满足平衡条件，平衡指示器 D示零.在实际中

10、，并不是两参量同时调整，而是先调其中一个，使 指示值达到尽可能小， 继而调另一个，使指示器值再次减小， 经过反复调节使指示器指零 （或 某一无法再小的值）.因此，交流电桥的平衡是逐次逼近的.为了调整方便、迅速.并保证 结果有足够的精度，常使用下列方法：（1）根据实验条件选定可调参数，将反映被测量Cx（或Lx）的作为主可调参数，反映元件损耗Q（或tg 8 x）的作为次可调参数.（2）根据待测元件的粗测值（或估计值），将各臂参量预置于某一数值.作为主可调的标准件，应按其精度等级可能提供的最多有效数字的位数来选择可用的盘数.然后，在最大读数盘置一合适值，作为次可调的元件在第一次调整中，其作用可以忽略

11、.若此可调元件所在桥臂联接方式是串联，可置零值；若是并联，则可置最大值.对于二固定参数，可根据Cx（或Lx）的测定公式，由被测量的粗测值和主调参数的数量级初步确定其比值（或乘积值）后，再取合适值.（3）分步调节主可调参数和次可调参数，反复多次.调整开始时，电源电压应较小，指 示器量程应足够大， 在电桥趋于平衡的过程中，逐渐提高电压，减小指示器量程，直至可调 参数的改变不能使指示器示数减小为止.但提高电压注意各桥臂的额定功率.(4)当电桥处在平衡态时，若要测某直接量的灵敏度误差，可改变该量的大小，直到指示器有可分辨的示值， 则此改变量即是所测的误差. 交流电桥也能用“高位定低位”的方法 检定桥路

12、是否达到平衡，这是很实用的测量技巧.交流电桥的系统误差也能用交换元件位置、 元件代替以及改变桥臂位置等组合测量的方法来减小或消除.实验内容与数据处理1、电容电桥按下表在实验仪器上接好串联电阻式电容电桥线路，调节平衡，完成表格。Cn/uFRa/ QRn/QRb/ Q110000.11000.0110计算出电容损耗因数 d2.电感电桥按下表在试验仪器上麦克斯韦电桥线路，调节平衡，完成表格。Cn/uFRa/QRn/QRb/Q1p0.1I 100.011100计算出电感的品质因数Q。数据处理&设）心岫1tu。ll.oMi411*阳限0Q”打Mi 曲二端1送郴儿取一臂筋几双二卷:加北 如鳖帆四a必伟几

13、她、依%产产附疝削加麻十加做人”。一“卡如二一 一 -口几_11阳3_- L = 111棒11M巾l.m戚0肌愣晒日册 僚叫&里4机麻同&，小小鲁哈如乍&喈稻刑作 岫犷利畤 &二簪二吗坦娟F山沛午 届画三小木粉舟kkdkm加曲明斓侧斗嘲I h轨丽球 日二空消二明印画H麻麻癖声酣二邮H二喳二时J立舔坪，nLnA的！&二口上生廿力师卜刚原始数据古今名言敏而好学，不耻下问一一孔子业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随一一韩愈兴于诗，立于礼，成于乐一一孔子己所不欲，勿施于人一一孔子 读书破万卷，下笔如有神一一杜甫读书有三到，谓心到，眼到，口到一一朱熹立身以立学为先，立学以读书为本一一欧阳修读万卷书，行万里路一一刘彝黑发不知勤学早，白首方悔读书迟一一颜真卿 书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲一一于谦书犹药也，善读之可以医愚刘向莫等闲，白了少年头，空悲切岳飞发奋识遍大卜字，立志读尽人间书办轼鸟欲高先振翅，人求上进先读书一一李苦禅立志宜思真品格，读书须尽苦功夫阮兀非淡泊无以明志，非宁静无以致远诸3兄熟读唐诗二日首,不会作诗也会吟孙洙唐诗一百首序书到用时方恨少，事非经过不知难陆游问渠那得清如许，为有源头活水来朱R旧书不厌白回读，熟读精思子自知办轼书痴者文必工，艺痴者技必良 一-蒲松龄声明访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏，