实验报告惠斯通电桥测电阻

        

电子信息与机电工程学院普通物理实验  课 实验报告

   07   电子(1)    2B  组 实验合作者李雄  实验日期  20##年4月16日

姓名:  王英   学号  25号    老师评定                          

 

              实验题目:     惠斯通电桥测电阻 

实验目的:

1.了解电桥测电阻的原理和特点。

2.学会用自组电桥和箱式电桥测电阻的方法。

3.测出若干个未知电阻的阻值。

实验仪器

电阻箱的型号、规格及各档的等级

实验原理:

1.桥式电路的基本结构。

    电桥的构成包括四个桥臂(比例臂R2和R3,比较臂R4,待测臂Rx),“桥”——平衡指示器(检流计)G和工作电源E。在自组电桥线路中还联接有电桥灵敏度调节器RG(滑线变阻器)。

2.电桥平衡的条件。

      惠斯通电桥(如图1所示)由四个“桥臂”电阻(R2R3R4、和Rx)、一个“桥”(b、d间所接的灵敏电流计)和一个电源E组成。b、d间接有灵敏电流计G。当b、d两点电位相等时,灵敏电流计G中无电流流过,指针不偏转,此时电桥平衡。所以,电桥平衡的条件是:b、d两点电位相等。此时有

Uab=Uad,Ubc=Udc

由于平衡时,所以b、d间相当于断路,故有

I4=I3         Ix=I2

所以             

可得          或    

一般把称为“倍率”或“比率”,于是

                         Rx=KR4

要使电桥平衡,一般固定比率K,调节R4使电桥达到平衡。

3.自组电桥不等臂误差的消除。

    实验中自组电桥的比例臂(R2和R3)电阻并非标准电阻,存在较大误差。当取K=1时,实际上R2与R3不完全相等,存在较大的不等臂误差,为消除该系统误差,实验可采用交换测量法进行。先按原线路进行测量得到一个R4值,然后将R2与R3的位置互相交换(也可将Rx与R4的位置交换),按同样方法再测一次得到一个R4值,两次测量,电桥平衡后分别有:

                               

联立两式得:       

由上式可知:交换测量后得到的测量值与比例臂阻值无关。

4.电桥灵敏度

电桥灵敏度就是电桥偏离平衡状态时,电桥本身的灵敏感反映程度。在实际测量中,为了便于灵敏度的测量和计算灵敏度对测量结果的影响,多数用电桥的相对灵敏度,用S表示。其定义为

    物理意义:桥臂电阻的单位相对变化所引起的灵敏电流计的偏转格数。

5.正确使用箱式电桥。

    本实验使用的是QJ23a型电桥,仪器自带工作电源和检流计实验时不需外接(电源和检流计)。

    测量时先根据待测电阻的粗测值(用万用电表粗测)选取恰当的比例系数(倍率)Kr,选取的原则是在测量时应将测量盘电阻R4的各个刻度盘都用上,保证测量值有足够的有效数字,再将金属柱开关由“外接”位置换接至“内接”位置。

    仪器面板上标有B、G字母的按钮,分别表示电源和检流计开关,使用时应断续接通。接通时应先按B钮(先接通电源),再按G钮(后接通检流计);断开时则应先断G钮(先断开检流计),再断开B钮(后断开电源)。测量完毕后应将短路金属柱重新换接至“外接”位置上。要严格遵守此操作程序,否则,极易损坏检流计。

6.测量中检流计的保护。

    检流计作为平衡指示器,其允许通过的电流非常小,因此在实验过程中特别强调保护检流计。

用自组电桥测量时,应根据待测电阻Rx值,调R4与Rx近似,调节电桥平衡时,要遵循先粗后细的原则,粗测时,先将RG调至最大,在电桥支路上串入高阻R减小通过检流计的电流;初步平衡后,再将Rn调至最小,并将R短接进行细测。

用箱式电桥测量时,应根据待测电阻Rx的值,选取适当的倍率Kr,并调Rs与Rx近似,调平衡时,严格执行先接通B(电源),后接通G(检流计);先断开G,后断B的操作程序,实验完毕后应及时将“内接”短路。

7.自组电桥线路中RG的作用。

滑线变阻器(RG)作为限流器串接于电源回路中,不仅用于调节桥臂电流的大小,而且还对电桥灵敏度起着调节作用。

粗测时,将其阻值调至最大,使桥臂电流减小,降低电桥灵敏度;细测时,将其阻值调至最小,使桥臂电流增大,提高电桥灵敏度。

实验内容

1、选择被测电阻及测量参数:选择好待测的电阻,根据其阻值范围选择合适的K值,由K值确定R2R3的阻值,保证R4有4位效数字(如Rx为250Ω,为了保证Rx有4位有效数字,R2为100.0Ω,R3为1000.0,R4约为2500Ω)。

:选定电阻后,计算电阻额定电压,以便选择电源工作电压值。

2、查电源:打开电源,选好输出端,利用电压微调调节输出电压最小,然后关闭电源。

3、接线:按照实验线路图布置仪器,依照回路接线法接线。再检查各实验参数及连线是否正确。

4、测量:检查完成后,打开电源,调一微小电压输出,观察电路反应是否正常,若不正常(如检流计指针通断时不偏转或偏转过大),则再次检查接线及各电阻阻值。正常后,将电压增大至工作电压,进行测量。

5、重复1~4,测量一个电阻共10次,电桥换臂前与换臂后各测量5次。

6、用箱式电桥测量同样八个电阻阻值。

数据记录与计算举例。

1、用自组电桥测电阻及测量其灵敏度

2、箱式电桥

3、数据处理 

自组电桥测得电阻的平均值:=38.411Ω,

根据公式算出A类不确定度UA(R)=0.024Ω

测得自组电桥的灵敏度的平均值为:=861.0div

根据公式算出A类不确定度UA(S)=16div

不确定度计算:不确定度主要来源(1)电阻箱的误差,(2)电桥灵敏度的误差,(3)多次测量的差异,按所用电阻箱的标准,R2电阻箱×100为0.1级,R3电阻箱×1000档为0.02级,R4电阻箱×100档为0.2级,其标准不确定度(计算时取R2=200Ω,R3=2000Ω,R4=380Ω为:

UB(R2)=0.1%×200Ω/=0.12Ω,UB(R3)=0.02%×2000Ω/=0.23Ω,UB(R4)=0.2%×380Ω/=0.44Ω;电阻箱引入和合成标准不确定度

UC(R)=38.42=0.05Ω

电桥灵敏度引入的不确定度

UB(R)=(1.0/861.00) ×38.411 /=0.16Ω

重复测量得出的标准不确定度:UA(R)=0.024Ω

合成标准不确定度

UC(R)==0.17Ω

自组电桥测量结果:Rx=(38.4±0.2) Ω=38.4(1±0.5%)Ω

测得自组电桥的相对灵敏为:=(8.6±0.2)×102

据公式算出A类不确定度UA(R)=1.07Ω

箱式电桥测量结果:Rx=(679±1) Ω=679(1±0.2%)Ω

一、   简单线路故障的原因和排除

实验中出现故障是不可避免的正常情况,对于仪器故障,需由专门人员进行排除;常见简单线路故障的排除则是大学生必须掌握的基本技能。

用自组电桥测电阻,实验过程可能出现的故障有:

1. 检流计指针不偏转(排除检流计损坏的可能性)。

这种情况的出现,说明桥(检流计)支路没有电流通过,其原因可能是电源回路不通,或者是桥支路不通。检查故障的方法是先用万用电表检查电源有无输出,然后接通回路,再检查电源与桥臂的两个联接点之间有无电压,最后分别检查桥支路上的导线、开关是否完好(注意检流计不能直接用万用电表电阻档检查)。如果仍未查出原因,则故障必定是四个桥臂中相邻的两相桥臂同时断开。查出故障后,采取相应措施排除(如更换导线、开关、电阻等)。

2. 检流计指针偏向一边。

出现这种情况,原因有三种:

原因之一,比例系数(倍率)Kr取值不当,改变Kr的取值,故障即便消失。

不论Kr和Rs取何值,检流计指针始终偏向一边,则有:

原因之二,四个桥臂中必定有一个桥臂断开;

原因之三,四个桥臂中某两个相对的桥臂同时断开。

对于后两种原因引起的故障,只需用一根完好的导线便可检查确定。检查时,首先将Rn调至最大,减小桥臂电流。然后用一根导线将四个桥臂中任一桥臂短路,若检流计指针反向偏转,则说明被短路的桥臂是断开的,可用此导线替换原导线,检查出导线是否断开及电阻是否损坏;若检流计指针偏转方向不变,则说明,被短路桥臂是完好的;若检流计指针不再偏转,则说明对面桥臂是断开的,可进一步判明是导线还是电阻故障,接通后,用同样方法再检查开始被短路的桥臂是否完好。最后,将查出的断开桥臂中坏的导线或电阻更换,故障便被排除。

预习思考题:

1、    在图1中,如R4和RX调换位置,计算公式将怎样改变?

在图1中,如果R4和Rx调换位置,计算公式将变为:

2、假如在测量过程中检流计指针始终偏到某一边,或总不偏转,无法调到平衡试找出其可能的原因(各回答二个原因)。

假如在测量过程中检流计始终偏向一边,(1)电桥的比例臂(如图1中R2/R3的比值)选得不恰当,至使在比较臂的阻值范围内无法调到电桥平衡;(2)可能是Rx(R1)、R2、R3、R4四桥臂之中只有唯一的一桥臂断开。假如在测量过程中检流计始终不偏转, (1)可能是Rx(R1)、R2、R3、R4四桥臂之中有两条桥臂同时断开,(2) 可能是连接电源部分电路或连接检流计的对角线b、d端部分电路断开。若检流计指针摇摆不定,则可能是电路中某一根导线接端松动,造成接触不良。

3、箱式电桥中比例臂的选取原则是什么?

箱式电桥中比例臂的选取原则是使得测量结果的比较臂的有效数据的位数尽可能多才好。

4、为什么要测量电桥的灵敏度?

通过测量电桥的灵敏度以确定测量结果由于电桥的灵敏度所引入的不确定度的大小。

5、电桥的灵敏度与哪些因素有关?

影响灵敏度的因素:1.与检流计灵敏度Si成正比,2.与电源电动势成正比,3.与电源的内阻及限流电阻有关,4.与检流计及电源所接的位置有关,5.与检流计的内阻有关。
6、怎样消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差?

通过换臂测量以消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差。

7、电桥的灵敏度是否越高越好?为什么?

不是,因为电桥的灵敏度太高,调节电桥的平衡就比较困难,而且需要做比较臂的电阻箱的可调数位增加,当做比较臂的电阻箱的可调数位不足时,电桥就无法调节平衡。

实验感想:写出自己实验时所获得的启示或掌握的知识。

注意:写实验报告必须用专用的A4实验报告纸,不能用其他形式的作业本信纸方格纸等,并且一定要写上班别、学号、组别、实验题目、实验日期等内容。并且要与预习报告装订在一起交

实验报告评分标准

实验报告扣分标准

注意事项:实验预习报告上的实验仪器只需写上标题、画出记录表格,到实验室才把要填内容对着仪器记录好。不能在来实验室前把所使用的仪器名称及型号规格提前写好,如提前写的扣5打印的预习报告或实验报告都不能打印出老师发下资料的提示注意事项的内容,如有则扣10,预习报告或实验报告无需画仪器的图片及相片,如果是打印的有仪器的图片及相片扣10,实验步骤上只需要写出实验的内容标题即可,无需写太详细的操作细节内容,如果把老师提供的资料的详细操作细节不加修改的抄到预习报告或实验报告的,扣5

如果同学们需要把老师发下去的仪器相片、注意事项提示和操作的细节内容打印出来看的话,则应另存再打印,而且几个人合着使用一份即可,每个实验全班约打印六、七份左右,然后互相传递着看是非常好的。

 

第二篇:实验报告惠斯通电桥测电阻

        

电子信息与机电工程学院普通物理实验  课 实验报告

   07   电子(1)    2B  组 实验合作者李雄  实验日期  20##年4月16日

姓名:  王英   学号  25号    老师评定                          

 

              实验题目:     惠斯通电桥测电阻 

实验目的:

1.了解电桥测电阻的原理和特点。

2.学会用自组电桥和箱式电桥测电阻的方法。

3.测出若干个未知电阻的阻值。

实验仪器

电阻箱的型号、规格及各档的等级

实验原理:

1.桥式电路的基本结构。

    电桥的构成包括四个桥臂(比例臂R2和R3,比较臂R4,待测臂Rx),“桥”——平衡指示器(检流计)G和工作电源E。在自组电桥线路中还联接有电桥灵敏度调节器RG(滑线变阻器)。

2.电桥平衡的条件。

      惠斯通电桥(如图1所示)由四个“桥臂”电阻(R2R3R4、和Rx)、一个“桥”(b、d间所接的灵敏电流计)和一个电源E组成。b、d间接有灵敏电流计G。当b、d两点电位相等时,灵敏电流计G中无电流流过,指针不偏转,此时电桥平衡。所以,电桥平衡的条件是:b、d两点电位相等。此时有

Uab=Uad,Ubc=Udc

由于平衡时,所以b、d间相当于断路,故有

I4=I3         Ix=I2

所以             

可得          或    

一般把称为“倍率”或“比率”,于是

                         Rx=KR4

要使电桥平衡,一般固定比率K,调节R4使电桥达到平衡。

3.自组电桥不等臂误差的消除。

    实验中自组电桥的比例臂(R2和R3)电阻并非标准电阻,存在较大误差。当取K=1时,实际上R2与R3不完全相等,存在较大的不等臂误差,为消除该系统误差,实验可采用交换测量法进行。先按原线路进行测量得到一个R4值,然后将R2与R3的位置互相交换(也可将Rx与R4的位置交换),按同样方法再测一次得到一个R4值,两次测量,电桥平衡后分别有:

                               

联立两式得:       

由上式可知:交换测量后得到的测量值与比例臂阻值无关。

4.电桥灵敏度

电桥灵敏度就是电桥偏离平衡状态时,电桥本身的灵敏感反映程度。在实际测量中,为了便于灵敏度的测量和计算灵敏度对测量结果的影响,多数用电桥的相对灵敏度,用S表示。其定义为

    物理意义:桥臂电阻的单位相对变化所引起的灵敏电流计的偏转格数。

5.正确使用箱式电桥。

    本实验使用的是QJ23a型电桥,仪器自带工作电源和检流计实验时不需外接(电源和检流计)。

    测量时先根据待测电阻的粗测值(用万用电表粗测)选取恰当的比例系数(倍率)Kr,选取的原则是在测量时应将测量盘电阻R4的各个刻度盘都用上,保证测量值有足够的有效数字,再将金属柱开关由“外接”位置换接至“内接”位置。

    仪器面板上标有B、G字母的按钮,分别表示电源和检流计开关,使用时应断续接通。接通时应先按B钮(先接通电源),再按G钮(后接通检流计);断开时则应先断G钮(先断开检流计),再断开B钮(后断开电源)。测量完毕后应将短路金属柱重新换接至“外接”位置上。要严格遵守此操作程序,否则,极易损坏检流计。

6.测量中检流计的保护。

    检流计作为平衡指示器,其允许通过的电流非常小,因此在实验过程中特别强调保护检流计。

用自组电桥测量时,应根据待测电阻Rx值,调R4与Rx近似,调节电桥平衡时,要遵循先粗后细的原则,粗测时,先将RG调至最大,在电桥支路上串入高阻R减小通过检流计的电流;初步平衡后,再将Rn调至最小,并将R短接进行细测。

用箱式电桥测量时,应根据待测电阻Rx的值,选取适当的倍率Kr,并调Rs与Rx近似,调平衡时,严格执行先接通B(电源),后接通G(检流计);先断开G,后断B的操作程序,实验完毕后应及时将“内接”短路。

7.自组电桥线路中RG的作用。

滑线变阻器(RG)作为限流器串接于电源回路中,不仅用于调节桥臂电流的大小,而且还对电桥灵敏度起着调节作用。

粗测时,将其阻值调至最大,使桥臂电流减小,降低电桥灵敏度;细测时,将其阻值调至最小,使桥臂电流增大,提高电桥灵敏度。

实验内容

1、选择被测电阻及测量参数:选择好待测的电阻,根据其阻值范围选择合适的K值,由K值确定R2R3的阻值,保证R4有4位效数字(如Rx为250Ω,为了保证Rx有4位有效数字,R2为100.0Ω,R3为1000.0,R4约为2500Ω)。

:选定电阻后,计算电阻额定电压,以便选择电源工作电压值。

2、查电源:打开电源,选好输出端,利用电压微调调节输出电压最小,然后关闭电源。

3、接线:按照实验线路图布置仪器,依照回路接线法接线。再检查各实验参数及连线是否正确。

4、测量:检查完成后,打开电源,调一微小电压输出,观察电路反应是否正常,若不正常(如检流计指针通断时不偏转或偏转过大),则再次检查接线及各电阻阻值。正常后,将电压增大至工作电压,进行测量。

5、重复1~4,测量一个电阻共10次,电桥换臂前与换臂后各测量5次。

6、用箱式电桥测量同样八个电阻阻值。

数据记录与计算举例。

1、用自组电桥测电阻及测量其灵敏度

2、箱式电桥

3、数据处理 

自组电桥测得电阻的平均值:=38.411Ω,

根据公式算出A类不确定度UA(R)=0.024Ω

测得自组电桥的灵敏度的平均值为:=861.0div

根据公式算出A类不确定度UA(S)=16div

不确定度计算:不确定度主要来源(1)电阻箱的误差,(2)电桥灵敏度的误差,(3)多次测量的差异,按所用电阻箱的标准,R2电阻箱×100为0.1级,R3电阻箱×1000档为0.02级,R4电阻箱×100档为0.2级,其标准不确定度(计算时取R2=200Ω,R3=2000Ω,R4=380Ω为:

UB(R2)=0.1%×200Ω/=0.12Ω,UB(R3)=0.02%×2000Ω/=0.23Ω,UB(R4)=0.2%×380Ω/=0.44Ω;电阻箱引入和合成标准不确定度

UC(R)=38.42=0.05Ω

电桥灵敏度引入的不确定度

UB(R)=(1.0/861.01) ×38.4Ω/=0.16Ω

重复测量得出的标准不确定度:UA(R)=0.024Ω

合成标准不确定度

UC(R)==0.17Ω

自组电桥测量结果:Rx=(38.4±0.2) Ω=38.4(1±0.5%)Ω

测得自组电桥的相对灵敏为:=(8.6±0.2)×102

据公式算出A类不确定度UA(R)=1.07Ω

箱式电桥测量结果:Rx=(679±1) Ω=679(1±0.2%)Ω

一、   简单线路故障的原因和排除

实验中出现故障是不可避免的正常情况,对于仪器故障,需由专门人员进行排除;常见简单线路故障的排除则是大学生必须掌握的基本技能。

用自组电桥测电阻,实验过程可能出现的故障有:

1. 检流计指针不偏转(排除检流计损坏的可能性)。

这种情况的出现,说明桥(检流计)支路没有电流通过,其原因可能是电源回路不通,或者是桥支路不通。检查故障的方法是先用万用电表检查电源有无输出,然后接通回路,再检查电源与桥臂的两个联接点之间有无电压,最后分别检查桥支路上的导线、开关是否完好(注意检流计不能直接用万用电表电阻档检查)。如果仍未查出原因,则故障必定是四个桥臂中相邻的两相桥臂同时断开。查出故障后,采取相应措施排除(如更换导线、开关、电阻等)。

2. 检流计指针偏向一边。

出现这种情况,原因有三种:

原因之一,比例系数(倍率)Kr取值不当,改变Kr的取值,故障即便消失。

不论Kr和Rs取何值,检流计指针始终偏向一边,则有:

原因之二,四个桥臂中必定有一个桥臂断开;

原因之三,四个桥臂中某两个相对的桥臂同时断开。

对于后两种原因引起的故障,只需用一根完好的导线便可检查确定。检查时,首先将Rn调至最大,减小桥臂电流。然后用一根导线将四个桥臂中任一桥臂短路,若检流计指针反向偏转,则说明被短路的桥臂是断开的,可用此导线替换原导线,检查出导线是否断开及电阻是否损坏;若检流计指针偏转方向不变,则说明,被短路桥臂是完好的;若检流计指针不再偏转,则说明对面桥臂是断开的,可进一步判明是导线还是电阻故障,接通后,用同样方法再检查开始被短路的桥臂是否完好。最后,将查出的断开桥臂中坏的导线或电阻更换,故障便被排除。

预习思考题:

1、    在图1中,如R4和RX调换位置,计算公式将怎样改变?

在图1中,如果R4和Rx调换位置,计算公式将变为:

2、假如在测量过程中检流计指针始终偏到某一边,或总不偏转,无法调到平衡试找出其可能的原因(各回答二个原因)。

假如在测量过程中检流计始终偏向一边,(1)电桥的比例臂(如图1中R2/R3的比值)选得不恰当,至使在比较臂的阻值范围内无法调到电桥平衡;(2)可能是Rx(R1)、R2、R3、R4四桥臂之中只有唯一的一桥臂断开。假如在测量过程中检流计始终不偏转, (1)可能是Rx(R1)、R2、R3、R4四桥臂之中有两条桥臂同时断开,(2) 可能是连接电源部分电路或连接检流计的对角线b、d端部分电路断开。若检流计指针摇摆不定,则可能是电路中某一根导线接端松动,造成接触不良。

3、箱式电桥中比例臂的选取原则是什么?

箱式电桥中比例臂的选取原则是使得测量结果的比较臂的有效数据的位数尽可能多才好。

4、为什么要测量电桥的灵敏度?

通过测量电桥的灵敏度以确定测量结果由于电桥的灵敏度所引入的不确定度的大小。

5、电桥的灵敏度与哪些因素有关?

影响灵敏度的因素:1.与检流计灵敏度Si成正比,2.与电源电动势成正比,3.与电源的内阻及限流电阻有关,4.与检流计及电源所接的位置有关,5.与检流计的内阻有关。
6、怎样消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差?

通过换臂测量以消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差。

7、电桥的灵敏度是否越高越好?为什么?

不是,因为电桥的灵敏度太高,调节电桥的平衡就比较困难,而且需要做比较臂的电阻箱的可调数位增加,当做比较臂的电阻箱的可调数位不足时,电桥就无法调节平衡。

实验感想:写出自己实验时所获得的启示或掌握的知识。

注意:写实验报告必须用专用的A4实验报告纸,不能用其他形式的作业本信纸方格纸等,并且一定要写上班别、学号、组别、实验题目、实验日期等内容。并且要与预习报告装订在一起交

实验报告评分标准

实验报告扣分标准

注意事项:实验预习报告上的实验仪器只需写上标题、画出记录表格,到实验室才把要填内容对着仪器记录好。不能在来实验室前把所使用的仪器名称及型号规格提前写好,如提前写的5,打印的预习报告或实验报告都不能打印出老师发下资料的提示注意事项的内容,如有则10,预习报告或实验报告无需画仪器的图片及相片,如果是打印的有仪器的图片及相片10,实验步骤上只需要写出实验的内容标题即可,无需写太详细的操作细节内容,如果把老师提供的资料的详细操作细节不加修改的抄到预习报告或实验报告的,5

如果同学们需要把老师发下去的仪器相片、注意事项提示和操作的细节内容打印出来看的话,则应另存再打印,而且几个人合着使用一份即可,每个实验全班约打印六、七份左右,然后互相传递着看是非常好的。

 

第三篇:物理实验-用惠斯通电桥测电阻-实验报告

班 级___信工C班___   组 别______D______

姓 名____李铃______   学 号_1111000048_

日 期___2013.4.24__   指导教师___刘丽峰___

【实验题目】_________用惠斯通电桥测电阻___                                  

【实验目的】

1、掌握惠斯通(Wheastone)电桥测电阻的原理;

2、学会正确使用惠斯通电桥测量电阻的方法;

3、了解提高电桥灵敏度的几种方法;

4、学会测量单电桥的灵敏度。

【实验仪器】

    QJ- 23型箱式电桥,滑线电阻,转柄电阻箱(0~99999.9Ω),检流计,直流电源,待测电阻,开关,导线若干。

【实验原理】

1.惠斯通电桥测量电阻的原理

    图5.1是惠斯通电桥的原理图。图中R1、R2和R0是已知阻值的电阻,它们和被测电阻Rx连成一个四边形,每一条边称作电桥的一个臂。四边形的对角A和B之间接电源E;对角C和D之间接有检流计G,它像桥一样。电源接通,电桥线路中各支路均有电流通过。当C、D两点之间的电位不相等时,桥路中的电流IG≠0,检流计的指针发生偏转;当C、D两点之间的电位相等时,“桥”路中的电流IG=0,检流计指针指零,这时我们称电桥处于平衡状态。

    当电桥平衡时,11

    两式相除可得到Rx的测量公式  1     (5-1)

电阻R1R2为电桥的比率臂,R0为比较臂,Rx为待测臂。

只要检流计足够灵敏,等式(1)就能相当好地成立,被测电阻值Rx可以仅从三个已知电阻的值来求得,而与电源电压无关。由于R1、R2和R0可以使用标准电阻,而标准电阻可以制作得十分精密,这一过程相当于把Rx和标准电阻相比较,因而测量的准确度可以达到很高。

2.电桥的灵敏度

电桥平衡后,将R0改变△R0,检流计指针偏转△n格。如果一个很小的△R0能引起较大的△n偏转,电桥的灵敏度就高,电桥的平衡就能够判断得更精细。

      电表(检流计)的灵敏度1是以单位电流变化量1所引起电表指针偏转

的格数1来定义的,即  1(5-2)

    同样在完全处于平衡的电桥里,若测量臂电阻Rx改变一个微小量△Rx,将引起检流计指针所偏转的格数△n,定义为电桥灵敏度,即 1 (5-3)

    但是电桥灵敏度不能直接用来判断电桥在测量电阻时所产生的误差,故用其相对灵敏度来衡量电桥测量的精确程度,即有1(5-4)

定义为电桥的相对灵敏度。它反映了电桥对电阻相对变化量的分辨能力,实验中可以据此测出所用电桥的灵敏度。可以证明改变任何一个桥臂,电桥的相对灵敏度都是相同的。

1 (5-5)

当电桥处于平衡点附近,且为微小量时,可以得到

1 (5-6)  

由(5-6)式分析可知:

    (1)电桥灵敏度S与检流计的灵敏度1成正比,检流计灵敏度越高电桥的灵敏度也越高。

    (2)电桥的灵敏度与电源电压E成正比,为了提高电桥灵敏度可适当提高电源电压E。

    (3)电桥灵敏度随着四个桥臂上的电阻值1的增大而减小,随着(1)的增加而减小,臂上的电阻阻值选得过大,将大大降低其灵敏度,臂上的电阻阻值相差太大,也会降低其灵敏度。

以上结论为改善电桥相对灵敏度指出了方向,需要指出,在运用提高电源电压和减小桥路各臂阻值以便提高电桥相对灵敏度,千万不要使各臂电阻的负载超过其额定功率,不然将会损坏各臂电阻。

同时一般成品电桥为了提高其测量灵敏度,通常都安装有外接检流计与外接电源接线柱。但是外接电源电压的选定不能简单为提高其测量灵敏度而无限制地提高,还必须考虑桥臂电阻的额定功率,不然就会出现烧坏桥臂电阻的危险。

【实验内容】

一、用自组惠斯通电桥测电阻

测量的电路图如图5.1所示,图中R1、R2和R0均为旋臂电阻箱,Rx为待测电阻,滑线变阻器的作用是来调节加在电桥两端的电压大小。具体的实验步骤如下:

1.首先用万用表粗测出待测电阻的大小,然后选择合适的比例1

2.调节电源的输出旋钮,使其输出相对较低的电压,调节R0使检流计指针不偏转,再调高电源的输出电压,继续调节R0使检流计指针不偏转,记下此时R0的数值,利用公式(5-1)计算出待测电阻值。

3.对于同一个被测电阻,使用三个不同的比例臂,重复步骤(2)进行测量,取三次测量的平均值即为最终的1值。填写以下表格:

本实验使用AC5/2型0.5级直流指针式检流计,它的灵敏度较高,使用时必须注意:

(1)将指针锁钮转向白点处,此时指针可以转动,进行零点校准。

(2)测试时将“电计”开关按下,检流计与线路接通,否则指针不偏转。断电后,若指针来回摆动,则可按一下“短路”开关,使之尽快静止,以便再次测试。

(3)在初调电桥平衡时,如果发现按下“电计”开关时,指针以较快的速度偏向一侧,此时应立刻松开“电计"开关,防止非瞬时过载引起的损坏。注意不要将“电计”按钮锁住。

(4)检验电桥是否达到平衡,是以按下“电计”按钮,指针不发生任何可察觉的摆动为准,不要以指针是否指零为依据。

(5)测量完毕应将指针锁钮拨向红点,使检流计指针出于止动状态。

二、用箱式惠斯通电桥测电阻

箱式桥是把电桥的各个元件,包括标准电阻箱、检流计、保护电阻、电源、开关等,装在一个箱子里,便于携带、使用方便.箱式电桥型号各异,本实验使用的QJ一23型直流单臂电桥,又叫惠斯通电桥,适用于测量10Ω以上的中值电阻。

具体的实验步骤如下:

1.首先进行零点调节,当无电流通过检流计时,其指针应指向零点。

2.将待测电阻Rx接在接线柱Rx1、Rx2之间,根据待测电阻阻值的大小,适当选择比率臂K值(可参看倍率选择表)。K值的大小要使比较臂(电阻箱)上的四个刻度转盘,都要参与调节,即保证电阻的测量结果达到四位有效数。

3.K一般应置于一个估计值,按下电源按钮B,同时按下按钮G将检流计接通,观察检流计指针偏转情况,若指针是偏向“+”的一边,说明待测电阻Rx大于估计值,这时应当增大比较臂上电阻的示值;反之若检流计指针是偏向“一”一边,说明待测电阻Rx比估计值小,应减小比较臂上电阻示值.逐个调节比较臂电阻箱上的四个旋钮(四个旋钮的调节顺序应由大到小),直到检流计接近零。比较臂上四个盘读数之和乘上倍率K值即为待测电阻的阻值,即1,并填写以下表格:

注意:电源按钮开关,实验中不要将此开关G按下锁住,以避免电流热效应引起的阻值改变,并防止电池很快耗尽。电流计按钮开关一般只能跃按,以避免非瞬时过载而引起的损坏。

【原始数据】                      

【数据处理】

自组电桥:

箱式电桥:

【实验数据分析】

一、自组惠斯通电桥测电阻

标称值为50Ω电阻:

标称值为800Ω电阻:

标称值为2000Ω电阻:

二、箱式惠斯通电桥测电阻

标称值为50Ω电阻:

标称值为800Ω电阻:

标称值为2000Ω电阻:

【思考题】

1.电桥测电阻时,线路接通后,检流计指针总是偏向一边,无论怎样调节,电桥达不到平衡,试分析是什么原因?

答:检流计指针总是偏向一边有可能是电路短路,利用电流表检测流过各个电阻的电流可以排查出问题所在。

2.在使用QJ一23型直流单臂电桥测量电阻时,为什么选取的比率臂一般应使单电桥的四个测量盘尽可能用上?

答:因为四个测量盘都用上表示测得的数据有四位有效数字,这样使结果更加精确。

3.在调节R0的过程中,若检流计相邻两次偏转方向相同或相反,各说明什么问题?下一步应当怎样调节R0,才能尽快找到平衡?

  答:若后一次是增加R0的值,而且与前一次检流计偏向方向相同,那么就意味着R0小,应继续增加R0的值;若后一次是增加R0的值,而且与前一次检流计偏向方向相反,那么说明R0的值应该在两次调节的范围之间,要尽快找到平衡就必须调节更小倍率的旋钮,观察偏转的情况。

4.为了提高电桥测量的灵敏度,应采取哪些措施?为什么?

答:(1)提高电源电压。因为,即电桥灵敏度与电压成正比。

    (2)选用高灵敏度的检流计。因为电桥灵敏度S与检流计的灵敏度1成正比,检流计灵敏度越高电桥的灵敏度也越高。

  (3)减小桥路各臂阻值。因为电桥灵敏度随着四个桥臂上的电阻值1的增大而减小,随着(1)的增加而减小,臂上的电阻阻值选得过大,将大大降低其灵敏度,臂上的电阻阻值相差太大,也会降低其灵敏度。但是要注意,不能使各臂电阻的负载超过其额定功率,不然将会损坏各臂电阻。

相关推荐