用惠斯通电桥测电阻-中国海洋大学实验报告

中国海洋大学实验报告

学生姓名：XXX 专业：XXX 授课教师：XXX 成绩：日期：20xx/9/29 星期五 5、7 节 2 组号实验题目：用惠斯通电桥测电阻

实验目的：1.掌握会死通电桥的原理和特点； 2.学习调节电桥平衡的操作方法。

实验仪器：电阻箱、检流计、电源、开关、箱式惠斯通电桥等。

实验原理：

一、惠斯通电桥的线路原理

原理如图所示：

其中R1、R2、和R0均可调节，BD间接入检流计V。调节比例臂R1、R2和比较臂R0.的指针指向零，此时电桥达到平衡，有如下关系：

二．电桥的灵敏度

检流计的灵敏度是有限的，若因检流计的灵敏度有限造成的指针偏转很微小时，依然认为处于平衡状态。假设R1/R2=1,Rx=R0n+R0,R0n即为误差，灵敏度定义如下：

S=n/(Rxn/Rx)，式中Rxn是电桥平衡后Rx的微小改变量，n是电桥偏离平衡时检流计的偏转格数，S越大，电桥越灵敏。在实际测量中用R0代替Rx的改变，可以证明： S=n/(R0n/R0)= n/(R1n/R1)= n/(R2n/R2)= n/(Rxn/Rx) 进一步可表示为：

S= n/(R0n/R0)=n/Ign(Ign/(R0n/R0))=S1×S2，其中S1= n/Ign是检流计本身的灵敏度，S2= Ign/(R0n/R0)是电桥线路的灵敏度。S2和电源电压、检流计本身灵敏度、桥臂的搭配及桥路电阻大小有关。三、箱式惠斯通电桥

试验用QJ23型电桥，Rx设有接入待测电阻的接线柱，检流计左侧三个接线柱是连接端，用短路铜片把“外接”接线柱短路时，可用内检流计，短路“内接”接线柱时，可接入外接检流计，仪器上方有“+”、“-”标记的接线柱用来接电源。

实验内容及步骤：

1. 如图连接成电桥，图中Rh是保护电阻。操作时，电桥极不平衡，为了防止够大的电流

通过检流计，应使Rh尽量大，随着电桥接近平衡，Rh逐渐减小至零。

为保护检流计，应先闭合开关Kb后合Kg，断开时先断Kg后断Kb，以防止有电感的器件因突然通断，电感的反电动势对检流计造成冲击。

电桥接近平衡时，应反复开合开关Kg以更好地判断检流计电流是否为零，细心观察指针是否摆动。

测几千、几百、几十欧姆的电阻各一个，分别取R1/R2=1和0.1进行测量和比较，R1和R2数值可取几十或几百欧姆。

2. 测量上三个电阻的阻值和相应的电桥灵敏度，并算出误差。注意如下：

（1）使用内部电流和检流计，用短路片将“外接”两接线柱短路，旋动检流计调节

盖使指针指零，仪器用完后短路“内接”两接线柱保护检流计。

（2）测电阻前应先估计，根据大小选择比例臂，以使比较臂能有四位读数，并注意防止比例臂和比较臂选择不当而损伤仪器。

（3）箱式电桥的电键B和G，功能相当于Kb和Kg，使用时应先按通B再按G，先断G再断B。

（4）测灵敏度时，以改变R0来代替Rx的改变，可以证明，改变任意臂所得都是一

样的，有

S=n/(R0n/R0) 测量中n一般取5格左右。

3. 用箱式电桥测一个表头的内阻，注意考虑表头的安全。

实验数据与处理

估计值为2kΩ的电阻，在R1：R2=1:1的条件下测量R0十次，估计值为10kΩ和200Ω的电阻使R1：R2=1:10、R1：R2=10:1、以及R1：R2=1:100、R1：R2=100:1四种情况下各测一次R0，得出相应的Rx值如下表：

实验结果与分析讨论

1. 实验及数据处理的结果与分析

(1) 本次实验测量了估计值2kΩ和10kΩ及200Ω的三个电阻，测量的侧重点在于2kΩ

电阻，其R1：R2=1:1，根据R0得出Rx的具体值，由表格可以看出，随着R1和R2由小到大的变化过程，Rx的值也有较明显的变化。Rx的值由小变大，逐渐趋向于一个确定的值，这个值大约为1999Ω，根据电桥自身结构分析易知线路中的电流及电源内阻等因素都会影响电桥灵敏度，对实验的测量结果产生影响。

(2) 10kΩ和200Ω的两个电阻在四种情况下会出现不同的结果，如10kΩ的电阻，在

R1：R2=1:10及1:100时，由于电阻大使得调节R0无法使检流计平衡，受变阻箱自身有效范围的局限，因而无法测量R0。而R1：R2=100：1，也会因为精确度使实际测量值和真实值有很大差距，尤其是200 Ω的电阻，误差较大。

2. 讨论思考分析

（1）在测量中，电桥本身会带来误差，如电压不太稳定、检流计事先没有调好

零点、检流计灵敏度不高以及线路电流较大等诸多因素，都有可能造成测

量值与实际值有很大偏差。

（2）当R1：R2=1:1时，调节电桥平衡，得出Rx的一个值R01，将R1和R2

位置交换后电桥不再平衡，说明线路中由于检流计的误差，有电流通过检流计，交换后测得Rx的值是R02，则

两式联立得Rx的测量值应为：

（3）电桥灵敏度是：电桥平衡后，Rx改变一个微小量Rnx，n为电桥偏离平衡而引起

检流计的偏转格数，则n和Rnx/Rx的比值即为电桥灵敏度。如果测量电阻要求误差小于0.05%，则电桥灵敏度应不低于200

。

第二篇：惠斯通电桥测电阻——实验报告

实验十五惠斯通电桥测电阻

实验目的

1、掌握惠斯通电桥测电阻的原理和方法。
2、学会正确使用箱式电桥测电阻的方法。来判断B，D两点电位是否相等，或者说判断“桥”上有无电流通过。

电桥没调平衡时，“桥”上有电流通过检流计，当适当调节各臂电阻，可使“桥”上无电流，即B，D两点电位相等，电桥达到了平衡。此时的等效电路如图１５－2所示。

根据图１５－2很容易证明

（１５－１）

此式即电桥的平衡条件。如果已知R₁，R₂，R_S，则待测电阻R_x可求得。设式(１５－1)中的R₁／R₂=K，则有

R_x=K·R_S 　　　　　　　　　　　　　　　　（１５－２）

式中的K称为比例系数。在箱式电桥测电阻中，只要调K值而无需分别调R₁、R₂的值，因为箱式电桥上设置有一个旋钮K值，并不另外分R₁、R₂。但在自组式电桥电路中，则需要分别调节两只电阻箱（R₁和R₂），从而得到K值。

由电桥的平衡条件可以看出，式中除被测电阻Rx外，其它几个量也都是电阻器。因此，电桥法测电阻的特点是将被测电阻与已知电阻(标准电阻)进行比较而获得被测值的。因而测量的精度取决于标准电阻。一般来说，标准电阻的精度可以做的很高，因此，测量的精度可以达到很高。伏安法测电阻中测量的精度要依赖电流表和电压表，而电流表和电压表准确度等级不可能作的很高，因此，测量精度不可能很高。惠斯通电桥测电阻中，测量的精度不依赖电表，故其测量精度比伏安法的测量精度高。

　　2．电桥的灵敏度及影响因素

电桥测量电阻，仅在电桥平衡时才成立的，而电桥的平衡是依据检流计的偏转来判断的，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。所谓电桥灵敏度，就是在已经平衡的电桥里，当调节比较臂的电阻R_S，使改变一个微小量△R_S，使检流计指针离开平衡位置△d格，则定义电桥灵敏度S为

　　　　　　　　　　　　　　（１５－３）

式中：R_S是电桥平衡时比较臂的电阻值，△R_S／R_S是比较臂的相对改变量。因此，电桥灵敏度S表示电桥平衡时，比较臂R_S改变一个相对值时，检流计指针偏转的格数。S的单位是“格”。例如，S=100格=1格／(1／100)，则电桥平衡后，只要R_S改变1％，检流计就会有1格的偏转。一般讲，检流计指针偏转1／10格时，就可以被觉察，也就是说，此灵敏度的电桥，在它平衡后，R_S只要改变0.1％，我们就能够觉察出来，这样由于电桥灵敏度的限制所导致的误差不会大于0.1％。这也正是我们研究电桥灵敏度的目的。

电桥灵敏度与下面诸因素有关：
（1）与检流计的电流灵敏度Si成正比。
（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之和有关。
（4）与检流计的内阻和串联的限流电阻R_G之和有关。越小，电桥灵敏度S越高，反之则低。
（5）与检流计和电源所接的位置有关。

因此，实验中要使电桥具有较高的灵敏度，以保证电桥平衡的可靠性，从而保证测量的准确性。

3．实验装置

（１）箱式电桥：其面板和电路结构见图１５－3。

图１５－4　 QJ23型箱式惠斯通电桥面板图

图中的各个代码分别表示：

（1）待测电阻Rx接线柱；（2）检流计按钮开关G：按下时检流计接通电路，松开(弹起)时检

流计断开电路；（3）电源按钮开关B：按下时电桥接通电路，松开(弹起)时断开电路；（4）检流计；（5）检流计调零旋钮；（6）外接检流计接线柱；（7）外接电源接线柱；（8）比例臂（9）比较臂（提供比例）。

说明：

(a)．图１５－3中电桥左下角的三个接线柱用来使检流计处于工作或短路状态的转换，有一个短路用的金属片，当检流计工作时，金属片应接在中、下两个（“外接”）接线柱上，使电路能够连通；当测量完毕时，金属片应接在上、中两（“内接”）接线柱上，检流计被短路保护。

(b)．电桥背后的盒子里装有三节1号干电池，约4.5伏。当某个实验测量所需要的电源，比内接电源大或者小，就用外接电源，接在外接电源接线柱(7)上。(同时要取出内装干电池)。

(c)．比例臂(8)由R₁和R₂两个臂组成，R₁/R₂之比值直接刻在转盘上；当该臂旋钮旋在不同的位置时，R₁、R₂各有不同的电阻值，组成七档不同的比值 K(0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000)。

(d)．比较臂(9)由四个不同的电阻档(×1，×10，×100，×1000)所组成。

（e）．在测量时，要同时按下按钮G、B，要注意，先按G，后按B。

（2）AC5型指针式检流计

AC5型指针式检流计是电学实验中常用的仪器，灵敏度高，因为它采用了张丝或悬丝代替轴和轴承的结构，去掉了机械摩擦力。张丝不但是支承动圈和指针的元件，也是导流和产生反力矩的元件。由于这种结构特点，所以在使用时不能激烈转动或震动。电流常数。其面板如图15-5所示。图中：

“+、-”：正负极接线柱，电桥实验中检流计作为平衡指示器用，接线时可以不考虑正负极。

“零点调节”：调零旋钮，转动此旋钮可调节指针对准“0”点。（不能在“锁定开关”对着红点位置时调零。）

“锁定开关”：此小开关拨向左边红点时为锁定状态，使线圈短路呈过阻尼，以保护检流计免受震动的损伤。拨向右边白点时为使用状态，指针可以左右偏转。检流计用毕后，应将此开关拨向红点。

刻度盘：检流计“0”点在中间。

“短路”按钮：这是一个阻尼电键，当检流计指针摆动不停时，待其接近"0"点将此按钮按下，然后松开，这样反复操作几次，可使指针迅速停止在“0”位，以节省测量时间，同时保护检流计。注意，上面讲的“锁定开关”与这个电键，虽然都利用了阻尼效应，但用处是不同的，前者是使检流计成为不使用状态，后者是使检流计处于使用状态使用的。

“电计”按钮：接通电桥电路按钮开关，按下时电路接通，松开时自动弹起，电路断开。[调节电桥平衡时一般应采取“跃按”法，即一按一松，按下时观察检流计的偏转情况]