【实验原理】
1.非平衡电桥原理
如图2-24所示，设电桥供电电源电压为E，四个桥臂电阻分别为R1、R2、R3和R4（t），其中R1、R2、R3为电阻箱，而R4（t）为传感元件，如铂电阻、铜电阻、热敏电阻等，其阻值随温度t 而变化，若R1R3≠R2R4（t），则电桥桥路上 有电压Uo（t）输出，大小可用数字毫伏表显示。Uo（t）可表示为
图2-24 非平衡电桥原理图
设R4（t）=R4+ΔR（t），其中R4为温度t=t0时传感元件的电阻值（t0可设为环境温度）。实验时先在t=t0时预调电桥平衡，使Uo（t0）=0，即R1R3=R2R4，在此情况下电桥输出电压为
在实际测量中，非平衡电桥根据桥臂电阻对应关系可分为等臂电桥、卧式电桥和立式电桥。
（1）等臂电桥。若R1=R2=R3=R4=R，则电桥为等臂电桥。由式（2-40）知等臂电桥输出电压为
（2）卧式电桥。若R1=R4=R，R2=R3=R'，且R ≠R'，则电桥为卧式电桥。由式（2-40）知卧式电桥输出电压为
实验时根据数字毫伏表显示数值Uo（t）大小计算ΔR（t），则温度为t 时传感元件电阻值R（t）可表示为
（3）立式电桥。若R3=R4=R，R1=R2=R'，且R ≠R'，此类电桥称为立式电桥。电桥输出电压Uo（t）由式（2-40）计算可得
显然输出电压不仅与R 有关，而且还与R'有关。立式电桥通常在ΔR（t）变化很大的场合下使用，如有些负温度系数（NTC）半导体热敏电阻，在0～100℃范围内电阻变化达几千欧姆。实验前先设计好R'的值，既要考虑电源电压的大小，又要考虑数字毫伏表的量程，整个实验过程中Uo（t）不能超出量程；R 的大小一般在室温条件下预调电桥平衡时得到。为了使式（2-44）计算方便，一般取R'是R 整数倍，如2.7kΩMF51热敏电阻在室温至70℃范围内实验，要求流过热敏电阻最大电流Im＜0.4mA，用量程为200mV 的数字毫伏表测量输出电压，假定E=1.000V，可取R'=3R。总之，通过数字毫伏表读数Uo（t）计算出传感元件在当时温度下电阻值R（t），再通过查分度表可知温度t 值，这就是非平衡电桥测量温度原理。
2.三线制接法
如采用电阻式传感器作为被测对象，传感元件的引出线有以下几种方式：二线制、三线制和四线制。采用二线制接法（图2-25），虽然导线电阻会给测量带来影响，但在测量精度要求不高、测量仪器与被测传感元件距离较近时，常采用二线制。但如果金属电阻本身的阻值很小，那么引线的电阻及其变化也就不能忽视，例如对于Pt100铂电阻，若导线电阻为1Ω，将会产生2.5℃的测量误差。为了消除或减少引线电阻的影响，通常的办法是采用三线制接法加以处理，如图2-26所示。工业热电阻目前大多采用的都是三线制接法。
图2-25 电桥二线制接线电路
图2-26 电桥三线制接线电路
在三线制接线电路中，传感元件的一端与一根导线相接，另一端同时接两根导线。传感元件在与电桥配合时，与传感元件相接的三根导线粗细要相同，长度要相等，阻值要一致（图中r1，r2，r3即为引线电阻）。其中一根引线与测量仪表连接，由于测量仪表的内阻很大，可认为流过r2的电流接近于零。另两根引线分别与电桥的两个相邻臂相连，这样引线电阻对测量就不会造成影响。
3.金属热电阻和半导体热敏电阻温度特性
金属热电阻和半导体热敏电阻其阻值随温度变化而变化，常用作温度传感器。能够用于制作热电阻的金属材料必须具备以下特性：①电阻温度系数尽可能大而稳定，电阻值与温度之间有良好线性关系；②电阻率高，热容量小，反应速度快；③材料的复现性好，价格低廉；④在测量范围内物理和化学性质稳定。目前在工业中应用最广泛的材料是铂和铜。
（1）铂热电阻。铂热电阻测温范围在-200～600℃，以铂热电阻温度计作基准器。铂热电阻与温度的关系，在0～600℃以内表示为
在-200～0℃以内表示为
式中：Rt为温度为t℃时的电阻；R0为温度为0℃时的电阻；A，B，C 分别为分度系数，A=3.91×10-3/℃，B=-5.84×10-7/℃2，C=-4.22×10-12/℃4。
工业上常用有Pt50（R0=50Ω）和Pt100（R0=100Ω）两种铂热电阻，将Rt-t 关系制成分度表，称铂热电阻分度表，供使用者查阅，只要知道电阻值就可查知对应温度值。
为了消除内热效应影响，一般铂热电阻允许通过最大电流Im＜2.5mA。
（2）铜热电阻。在测温范围不大、测量精度不高的情况下，可以用铜热电阻代替铂热电阻。在-50～150℃温度范围内，铜热电阻与温度呈线性关系，用式（2-45）表示：
式中：Rt为温度为t℃时的电阻值；R0为温度为0℃时的电阻值；α 为铜热电阻温度系数。
工业上常用有Cu50（R0=50Ω）和Cu100（R0=100Ω）两种铜热电阻，将Rt-t 关系制成分度表，称铜热电阻分度表，供使用者查阅，只要知道电阻值就可查知对应温度值。
为了消除内热效应影响，一般铜热电阻允许通过最大电流Im＜4mA。
（3）半导体热敏电阻。半导体热敏电阻随温度变化典型特性可分为三种类型：负温度系数热敏电阻（NTC）；正温度系数热敏电阻（PTC）和特定温度下电阻值发生突变电阻器（CTR）。负温度系数热敏电阻应用广泛，阻值随温度升高而减小，电阻与温度的关系可表示为
式中：RT，R0分别为温度T（K）和T0=273.15K 时阻值；B 为热敏电阻材料常数，通常B=2000～6000K。
将式（2-46）两边取对数，得直线方程
实验时在不同温度T 下测得热敏电阻阻值RT，以
为横坐标、lnRT为纵坐标作图，将测量点进行线性拟合得直线方程，斜率即为B。
热敏电阻温度系数αT定义
可见αT随温度降低而迅速增大，决定热敏电阻在全部工作范围内温度灵敏度，其值比金属热电阻温度系数高得多。
为了消除内热效应影响，一般半导体热敏电阻允许通过最大电流Im＜0.4mA。