惠斯登电桥测电阻实验报告(20xx-04-27 12:41:27)转载标签： 杂谈

一、实验目的

（1）掌握惠斯登电桥测电阻的原理

（2）学会正确使用箱式电桥测电阻的方法

（3）了解电桥灵敏度的概念及提高灵敏度的几种方法

二、实验仪器和用具

滑线变阻器（1.9K）、电阻箱、检流计（AC15/4）、直流稳压电源、待测电阻，箱式电桥（QJ23、QJ24）、开关和导线。

三、实验原理

惠斯登电桥可用于精确测量中等阻值（几十欧至几十万欧）的电阻。

电路图如图1

KE、E、RE串联构成主干支路，R1、R2串联构成桥臂支路，R3、R4串联构成另一桥臂支路。在b、d间用检流计作为桥梁，桥中电流由检流计检测。

当 IG =0 ,则电桥达到平衡态

由分压原理可得

其中，R1称做（Rx）测量臂，R2、 R4称做比例臂，R3称做比较臂。

四、实验步骤：

一．用滑线式惠斯登电桥测量电阻Rx

①按照图1接好电路，并把滑动变阻器R0和电阻箱Rt的阻值调到最大。

②用万用电表粗测Rx的大小，或者由电阻标称值读出Rx，然后选取R3，使其接近Rx的数值。

③接通电源，将电键D由AC的中点向左边（或右边）稍稍移动，并快速按一下D键（一触即离），同时注意观察电流计指针的偏转方向。然后把D键由AC线中点稍向相反方向移动，若此时按下电键D，电流计指针偏转与上一次不同，说明电路正常，可以进行测量。

④把电键D大约放在AC线的中点，改变比较臂R3，使电流计指针基本不偏转，然后把限流电阻Rt，R0的阻值逐步调小到0。

⑤改变电键D的位置，使电桥达到平衡。在米尺上读出l1与l2，然后断开电源。（注意米尺可估读到0.01cm）

⑥改变电源极性，重复⑤。

⑦将Rx与R3的位置对调，重复⑤⑥。

⑧再略改变D点位置（基本保持在中点附近），也可略改变R3，重复⑤⑥⑦。测出4-6组数据。先分别算出Rx，再算平均值和不确定度和百分误差。

二．用QJ23型箱式惠斯登电桥测量三个数量级不同的电阻阻值

①用连接片将“外接”两个接线柱短接，调节灵敏电流计的零点调节旋钮，使电流计指针准确指零。

②接通电源，选择工作电压的大小（参见附录）。

③接待测电阻Rx，根据原则正确选择比率臂的位置，即：使比较臂电阻“ ”指示值始终不为0。

④先按下电源按钮B，然后轻而快地按下按钮G（一触即离），同时注意观察电流计指针的偏转方向，若指针向右偏转，则表示需要加大倍率或者R3，反之则表示需要减少倍率或者R3。这样反复调节，直到电流计准确指零。

⑤选择三个不同数量级的待测电阻，重复上述步骤进行测量（自己设计表格）。

⑥测量结束后，用连接片将“内接”两接线柱短接。

⑦用（5）式计算测量值，并估算仪器偏差（参见附录）表示结果。

⑧算与标称值的百分误差。

七、实验数据：

用滑线式惠斯登电桥测量电阻Rx

实验组

1

2

3

4

L1（cm）

20．50

25．00

38．80

50．00

75．00

L2（cm）

79．50

75．00

61．20

50．00

25．00

R3

5000

3643

20xx

1257

433

L1/L2

0．2579

0．3333

0．6340

1．000

3．000

Rx

1289．5

1214．2

1268．0

1257．0

1299．0

Rx=1265.5

用箱式惠斯登电桥测量三个数量级不同的电阻阻值

组别

1

3

Rx

1203*10^0

9258*10^-1

1623*10^1

八、实验分析与讨论：

（1）使用电桥时应该怎么保护电流计？

答：先用万用表粗测未知电阻阻值，调节电阻箱至相近阻值后进行试触，而且每次接触都是短时间的。防止灵敏电流计偏率过大。

（2）用惠斯登电桥测量电阻时，为什么要将R1，Rx的位置互换？

答：惠斯登电桥测电阻是利用测电阻比例关系得以实现的，所以可以对R1，Rx的位置互换，而互换再测能减少由于线路而产生的误差。

 

第二篇：惠斯通电桥测电阻实验报告

惠斯通电桥测电阻

实验目的

1．了解惠斯通电桥的构造和测量原理

2．熟悉调节电桥平衡的操作步骤

3．了解提高电桥灵敏度的几种途径

实验仪器

万用电表、电阻箱、检流计、滑动变阻器、直流电源、待测电阻、电键、导线、箱式电桥

实验原理

1．惠斯通电桥工作原理

图（一）是惠斯通电桥电路。四个电阻R₁（R_x）、R₂、R₃、R₄，称作电桥的四个桥臂，组成四边形abcd。对角bd之间连接检流计G，构成“桥”，用以比较桥两端的电位。当b和d两点的电位相等时，检流计G指零，即     I_G＝0，电桥达到了平衡状态。此时有

           （1）

即                 （2）

      （3）

两式相除，得         （3’）

或者              （4）

上两式表明：当电桥达到平衡时，电桥相邻臂电阻之比相等，或者说电桥相对臂电阻之乘积相等。若R₂、R₃、R₄为已知，则待测电阻R₁（R_x）可由下式求出

        （5）

通常称R₁为测量臂，R₄、R₃为比例臂，R₂为比较臂。所以电桥由四臂（测量臂、比较臂和比例臂）、检流计和电源三部分组成。与检流计串联的限流电阻R_G和电键K_G都是为在调节电桥平衡式保护检流计，不使其在长时间内有较大电流通过而设置的。

2．换位测量法的原理

R₁与R₂位置对换，当I_G＝0时，

         （6）

由式（5）和式（6）可知

          （7）

通过换位测量法求出的R_x的值仅仅与R₂和R₂^'有关，这就修正了由于电阻丝阻值不均匀所带来的系统误差。

3．电桥灵敏度

在实验中，测试者是依据检流计G的指针有无偏转来判断电桥是否平衡的。然而，检流计的灵敏度是有限的。例如，选用电流灵敏度为1格/1微安的检流计作为指零仪。当通过检流计的电流小于10^－7A时，指针偏转不到0.1格，观察者难于察觉，就认为电桥已经达到平衡，因而带来测量误差。

对此，引入电桥灵敏度S的概念。

                           （7）

式中 ΔR——在电桥平衡后比较臂电阻R₂的微小改变量；

     Δn——相应的检流计偏转格数。

电桥灵敏度S的单位是“格’。S越大，在R₂基础上改变ΔR能引起的检流计偏转格数就越多，电桥越灵敏，由灵敏度引入的测量误差越小。如S=100格，表示当R₂改变1％时，检流计有1格的偏转。

实验和理论都已证明，电桥的灵敏度与下面因素有关：

（1）与检流计的电流灵敏度S_i成正比。但是S_i值大，电桥就不易稳定，平衡调节比较困难；S_i值小，测量精确度低。因此选用适当灵敏度的电流计是很重要的。

（2）与电源的电动势E成正比

（3）与电源的内阻r_E和串联的限流电阻R_E有关。增加R_E可以降低电桥的灵敏度，这对寻找电桥调平衡的规律较为有利。随着平衡逐渐趋近，R_E值应适当减到最小值。

（4）与检流计和电源所接的位置有关系。当R_G＞r_E＋R_E，又R₁＞R₃、R₂＞R₄、或者R₁＜R₃、R₂＜R₄，那么检流计接在bd两点比接在ac两点时的电桥灵敏度来的高。当R_G＜r_E＋R_E时，满足R₁＞R₃、R₂＜R₄或者R₁＜R₃、R₂＞R₄的条件，那么与上述接法相反的桥路，灵敏度可能更高些。

（5）与检流计的内阻有关。R_G越小，电桥的灵敏度S_b越高。反之则低。

实验内容

1．用惠斯通电桥测中阻值电阻

（1）按图（一）接线。用三个电阻箱和检流计组成电桥。测量前可用万用表粗测一下待测电阻Rx值。

（2）将稳压电源预调至3 V左右。

（3）把电阻箱R₂的阻值调至与Rx的标称值相近；比例臂R₃和R₄不宜取的很小，可分别取R₃＝R₄＝100Ω，500Ω或1KΩ。

（4）调节电桥平衡：接通电桥，观察灵敏电流计的偏转方向，适当调整电阻箱R₂的阻值，使灵敏电流计G中通过的电流为零。

2．测量电桥的灵敏度

在电桥平衡的情况下，让R₂改变一个小量ΔR₂，测出此时灵敏电流计G指针偏转的格数Δn，由公式求出电桥的灵敏度S。

（1）分析电源电压E对灵敏度S的影响。保持ΔR₂以及电桥的其他测量条件不变，只改变电源电压E，使E分别为2V、3V、4V和5V（本实验中，电源电压不可超过6V），测定在不同的电压下电桥的灵敏度，并作比较与分析。

（2）分析限流电阻Rg对灵敏度S的影响。保持ΔR₂以及电桥的其他测量条件不变，只改变电桥桥路中的限流电阻Rg阻值，测定相应的电桥的灵敏度S。比较测量结果并作分析。

（3）分析桥臂对灵敏度S的影响。在电桥平衡的情况下，让R₂改变一个小量ΔR₂，测出此时灵敏电流计G指针偏转的格数Δn，并计算相应的电桥的灵敏度S。

然后，将R₂与R_x交换位置， 调节R₂的阻值到R₂^'时，使电桥重新达到平衡。再将改变一个小量ΔR₂^'，测出此时灵敏电流计G指针偏转的格数Δn^'，并计算相应的灵敏度S^'。对S与S^'进行比较并作分析。

注意事项

1.工作电压增大可提高灵敏度,但不要超过桥臂电阻的额定功率.

2.测量过程中,通电时间应尽量短暂,避免电阻因发热而使测量结果发生偏差.

实验数据处理

1．惠斯通电桥测中阻值电阻：用组合电桥测电阻，其次，将R₂与R_x交换位置后再测（换臂测量）

2．电桥的灵敏度

在电桥平衡的情况下，让R₂改变一个小量ΔR₂，测出此时灵敏电流计G指针偏转的格数Δn，由公式求出电桥的灵敏度S。

R₂ =514.5, ΔR₂ = 0.5, Δn=2, S₁=2058

R₂ =515.7, ΔR₂ = 0.7, Δn=3, S₁=2210

R₂ =514.9, ΔR₂ = 0.9, Δn=3, S₁=2288.4