雙臂電橋測(cè)電阻

1、物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)間：2021.03.01創(chuàng)作：歐陽(yáng)語(yǔ)一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:單、雙臂電橋測(cè)電阻二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）掌握用惠斯登電橋及開爾文電橋精測(cè)電阻的原理和 使用方法（2）掌握線路連接和排除簡(jiǎn)單故障的技能（3）理解電橋靈敏度的概念并學(xué)會(huì)測(cè)量三、實(shí)驗(yàn)儀器:電阻箱（ZX21型，0.1級(jí)3只），滑線變阻器，待測(cè) 電阻（1Q以下、幾十Q、幾kQ電阻各一只），檢流計(jì) （AC5/1型），直流穩(wěn)壓電源,單刀開關(guān),雙刀換向開 關(guān)，箱式電橋（QJ45型，0.1級(jí)），箱式雙臂電橋，導(dǎo)線 若干。三、實(shí)驗(yàn)原理1惠斯登電橋測(cè)電阻（1）惠斯登電橋的電路如圖1所示,被測(cè)電阻恩和標(biāo)準(zhǔn) 電阻/?o及電阻用、局構(gòu)成電橋的四個(gè)臂。在CD端加

2、上直流電壓，圖1惠斯登電橋原理圖 AB間串接檢流計(jì)G ,用來檢測(cè)其間有無電流（A、B兩點(diǎn) 有無電位差）。”橋”指AB這段線路,它的作用是將A、B兩點(diǎn)電位直接進(jìn)行比較。當(dāng)A、B兩點(diǎn)電位相等時(shí)z檢流計(jì)中無電流通過，稱電橋達(dá)到了平衡。這時(shí)，電橋U!個(gè)臂上電阻的關(guān)系為:上式稱為電橋平衡條件。若Ro的阻值和Ri、R2的阻值(或 Ri/ R2的比值)已知，即可由上式求出Rxo調(diào)節(jié)電橋平衡方法有兩種：一種是保持Ro不變,調(diào)節(jié)/?i/ /?2的比值；另一種是保持R1/ 不變,調(diào)節(jié)電阻R。,本實(shí) 驗(yàn)用后一種方法。(2) 關(guān)于電橋靈敏度的概念因檢流計(jì)的靈敏度是有限的，在電橋調(diào)到認(rèn)為"平衡時(shí)， 檢流計(jì)中不

3、一定絕對(duì)沒有電流通過”從而給測(cè)量帶來誤差。 為此我們引入電橋靈敏度S的概念s = M (2)定義相對(duì)靈敏度S相為:在計(jì)算由靈敏度帶來的不確定度時(shí)，通常假定檢流計(jì)的0.2分度為難以分辨的界限，即取爪02 ,則由靈敏度帶 來的不確定度：為得到較大的靈敏度，在自組電橋中RwR2 ,即R1/ /?2«lo弘A&化|2開爾文電橋的測(cè)量原理當(dāng)被測(cè)電阻較小(1Q以下)時(shí)，測(cè)量 電路中用連接導(dǎo)線電阻和各接線端鈕的接 觸電阻的影響不能忽略。開爾文電橋的設(shè) 計(jì)克服了附加電阻對(duì)結(jié)果的影響，能夠測(cè)量1QUPQ的低值電阻。其原理見圖2。乂 4、久廠即代表各段線路的附加電阻(10 HPO),因R3、甩的

4、引入,形成雙橋，故稱雙臂電橋或稱開爾文電橋，調(diào)整甩圖2開爾文電橋原理R2、危& .使檢流計(jì)中無電流通過，稱圖 電橋平衡，這時(shí)A、B兩點(diǎn)電位相等。當(dāng)滿足時(shí)，有(6)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用自組惠斯登電橋測(cè)兩未知電阻值及相應(yīng)的電橋靈敏度按圖3接線自搭惠斯登電橋。圖圖3惠斯頓電橋接線 中甩是保護(hù)電阻，防止大電流通過 圖 檢流計(jì)，保護(hù)檢流計(jì)(允許通過的電 流在104A以下)，但是保護(hù)電阻 大，電橋靈敏度降低，如何使用保護(hù) 電阻才能即保護(hù)檢流計(jì)又使電橋靈敏 度盡可能高? R是滑線變阻器,由滑 動(dòng)端B將其分為用和/?2，作為電橋 的兩個(gè)臂；K3是雙刀換向開關(guān)，其作用是在不需要拆線路 的情況下方便地交換尺

5、和/?o的位置。(1)工作條件:電源電壓取4伏；B點(diǎn)在中間附近；(2 )測(cè)量電阻時(shí)采用交換法，即將K,打到一邊，調(diào)整 Ro /使電橋平衡后有且=且(7)&心3點(diǎn)不變，將凡、局互換位置(將心打到另一邊)再調(diào)整Ro為R"使電橋平衡后有:乞昌 (8 )由(7)、(8)式得：R嚴(yán)応祗(9)(3) 交換法消除了裝置不對(duì)稱引起的系統(tǒng)誤差z待測(cè)電 阻阻值只與標(biāo)準(zhǔn)電阻直接相關(guān),不需滑線變阻器的讀值。保 證該測(cè)量方法的高精度。(4 )測(cè)電橋的相對(duì)靈敏度S相。在電橋平衡時(shí)改變Ro , 使檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)35格，由式(5 )計(jì)算出S相 2用箱式電橋測(cè)兩未知電阻值及其串并聯(lián)的阻值根據(jù)待測(cè)電阻阻值的大小選擇

6、適當(dāng)?shù)谋壤?，使比較臂 的四個(gè)旋鈕都用上,可保證多的有效數(shù)字位數(shù)。為保護(hù)檢流計(jì)，開始調(diào)電橋時(shí)，先將靈敏度調(diào)低。在低 靈敏度時(shí)調(diào)電橋平衡后，邊逐漸提高靈敏度邊調(diào)平衡，直至 最高靈敏度。3用開爾文電橋測(cè)金屬棒電阻率根據(jù)箱式雙臂電橋的儀器說明書測(cè)量四端電阻的阻值， 測(cè)量時(shí)注意四端電阻的接法及選取合適的RJR燭 RJR) 值。通電時(shí)間要短,避免被測(cè)材料發(fā)熱而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生 誤差。五、注意事項(xiàng)(1) 擬好實(shí)驗(yàn)步驟，接好線路，經(jīng)檢查無誤后方可通電實(shí) 驗(yàn)，注意電源電壓；(2) 注意保護(hù)電阻的使用。在測(cè)量開始時(shí)，電橋通常遠(yuǎn) 離平衡,必須通過大保護(hù)電阻保護(hù)檢流計(jì),在調(diào)整到平衡點(diǎn) 附近后，又必須逐漸減少保護(hù)電阻

7、阻值直至為零,以保證電 橋足夠靈敏；(3) 檢流計(jì)為靈敏易損儀器，請(qǐng)輕拿輕放，測(cè)量使用躍接法。六、數(shù)據(jù)記錄與處理1. 用自組惠斯登電橋測(cè)電阻及其電橋靈敏度數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算單位：歐姆/?.R、.A/2A/?oRds”122.7128.6125.631.021.0368.1257.2Rx22576.72695.02635.2410.0310.01030.7808.5(2 )誤差分析實(shí)驗(yàn)為一次性測(cè)量，測(cè)量結(jié)果的不確定度由B類測(cè)量不確定度評(píng)價(jià)，具體分析如下：(a )電阻箱示值誤差造成的測(cè)量不確定度t/xi ,因心=、応瓦”所以由不確走度傳遞公式得到空 仏+(主_ = 0.078% ( 10 )其中 %

8、=0.1%7?0+0.002/7 為使用電阻箱步進(jìn)盤個(gè)數(shù)。(b )由電橋靈敏度造成的測(cè)量不確走度02/ 、20.2 +0.2氏丿=0.095%( 11 )«v2(C )總測(cè)量不確走度0為(12)心=02Q測(cè)量結(jié)果表達(dá):心=石±ux = 125.6±0.2Q同理：Rx2 = 2635 ±20箱式惠斯登電橋測(cè)兩電阻及其串并聯(lián)電阻數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算單位:歐姆被測(cè)電阻比例臂比較臂測(cè)量值A(chǔ)nS1128.4128.430.13852.010263.2263230.32632.0串聯(lián)10276.1276140.52208.8并聯(lián)1124.4124.4303732.03、用

9、開爾文電橋測(cè)金屬棒電阻率p數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算單位:歐姆SMRAnS相R、Um)p( Q /m)0.011000263.832.0395.72.638匕 30.41206.403c3七、預(yù)習(xí)題（1）為什么精測(cè)電阻用電橋而不用伏安法或歐姆表?答：伏安法測(cè)量電阻時(shí)因有接入誤差的影響，不能實(shí)現(xiàn) 精測(cè)電阻，歐姆表測(cè)量電阻的精度比較低，同樣不能實(shí)現(xiàn)精測(cè)。電橋是通過比較法,交換法測(cè)量電阻，測(cè)量精 度可以達(dá)到很高的精度，可以實(shí)現(xiàn)精測(cè)。 在自組電橋調(diào)平衡的過程中，保護(hù)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻如何配合使用？開始時(shí)，電橋通常遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)，保護(hù)電阻置于最大，保 證通過檢流計(jì)的電流在安全范圍；調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)電阻，使電橋基本平衡，再減小保護(hù)電

10、阻值，提高電橋靈敏度；再 調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)電阻，使電橋再次達(dá)到新的平衡，再減小保護(hù)電阻值，電橋靈敏度進(jìn)一步提高；如此反復(fù)，直至保護(hù) 電阻為零時(shí),電橋達(dá)到最高靈敏度時(shí)的平衡。（3）從電橋原理講,只需測(cè)量一次即可得到待測(cè)電阻阻 值,用惠斯登電橋?yàn)槭裁匆捎媒粨Q法？因比較臂的比例不能精確為1 ,通過使用交換法，消除 了比較臂的不夠精確造成測(cè)量誤差的可能。（4）如果在自組電橋通電后，無論如何調(diào)節(jié)/?0 ,檢流計(jì) 指針始終a、向一邊偏；b、始終不偏轉(zhuǎn)。試分析 電路故障原因。答：檢流計(jì)指針始終向一邊偏，表明電橋四個(gè)臂中至少 有一個(gè)斷路,應(yīng)檢查各臂接點(diǎn)等,找出故障；檢流計(jì)指針始終始終不偏轉(zhuǎn),表明沒有電流流過檢 流計(jì),橋路斷路或電源實(shí)際未給電橋通電。八、課后作業(yè)題下列因素是否是惠斯登電橋測(cè)量誤差增大?1. 電源電壓不穩(wěn)。2.