用惠斯登電橋測電阻ppt課件

1、用惠斯登電橋測電阻用惠斯登電橋測電阻 橋式電路是最常見的電路，由橋式電路制橋式電路是最常見的電路，由橋式電路制成的電橋，是一各種精密的電學(xué)測量儀器，成的電橋，是一各種精密的電學(xué)測量儀器，可用來測量電阻、電容、電感和電平等電可用來測量電阻、電容、電感和電平等電學(xué)量。并能通過轉(zhuǎn)換測量，測出其它非電學(xué)量。并能通過轉(zhuǎn)換測量，測出其它非電學(xué)量，如溫度壓力、頻率、真空度等。學(xué)量，如溫度壓力、頻率、真空度等。 電橋是一種用比較法測量的儀量，即將未知量跟已知量相比較進行測量，它具有較高的靈敏度和準確度，在自動控制和瞬息萬變動檢測中得到廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)用途不同，電橋有多種類型，其性能構(gòu)造各有特點。在各種電橋中

2、，惠斯登電橋是其中最基本的一種。它通常用來準確測量10 的中值電阻，惠斯登電橋又稱直流單臂電橋。610【實驗?zāi)康摹俊緦嶒災(zāi)康摹?1了解橋式電路的基本結(jié)構(gòu)及測電阻的了解橋式電路的基本結(jié)構(gòu)及測電阻的原理原理 2掌握橋式電路的連接和調(diào)節(jié)電橋平衡掌握橋式電路的連接和調(diào)節(jié)電橋平衡 的方法的方法 3學(xué)會用自組電橋和箱式電橋測電阻學(xué)會用自組電橋和箱式電橋測電阻【實驗儀器】【實驗儀器】旋轉(zhuǎn)式電阻箱，檢流計，滑旋轉(zhuǎn)式電阻箱，檢流計，滑線變阻器，比例電阻盒，待線變阻器，比例電阻盒，待測電阻盒，開關(guān)，直流穩(wěn)壓測電阻盒，開關(guān)，直流穩(wěn)壓電源。電源。QJ-23QJ-23型箱式電橋型箱式電橋【實驗原理】【實驗原理】 如果將

3、待測電阻如果將待測電阻Rx與標(biāo)準電阻并聯(lián)到電與標(biāo)準電阻并聯(lián)到電源上，如圖源上，如圖1所示，則有：所示，則有： ，即，即SBxDRIRI=DSBXIRIR =圖圖1） 如果兩支路的電流如果兩支路的電流 、 和標(biāo)準電阻的和標(biāo)準電阻的阻值阻值 知，則可求出知，則可求出 。這是從數(shù)學(xué)表。這是從數(shù)學(xué)表達形式上看。如果從物理實驗方面看，要達形式上看。如果從物理實驗方面看，要用上式求用上式求 。還必須解決兩個問題：一。還必須解決兩個問題：一是是 、 怎樣測？若用電流表測則不可避怎樣測？若用電流表測則不可避免地存在誤差；二是公式是通過并聯(lián)條件，免地存在誤差；二是公式是通過并聯(lián)條件，即相比較的兩電阻即相比較的兩

4、電阻 、 兩端的電壓相同兩端的電壓相同而得到的。怎樣確保這個條件？而得到的。怎樣確保這個條件？ XRDIBIDISRXRBISRXR圖圖(2)惠斯登惠斯登1843年發(fā)明的電年發(fā)明的電橋解決了以上兩個問題。橋解決了以上兩個問題。他在他在AB和和AD之間用標(biāo)之間用標(biāo)準電阻準電阻 替替代代 。在。在BD之間之間用靈敏電流計確定兩點用靈敏電流計確定兩點等電勢。這樣由圖等電勢。這樣由圖1改為圖改為圖2的惠斯登電的惠斯登電橋橋(又稱單電橋又稱單電橋)。21RRDBII 由于檢流計在由于檢流計在BD支支路像路像“橋一樣架于橋一樣架于BD之間。故稱為之間。故稱為 電電橋。橋。 、 、 、 稱稱為四個橋臂。為四

5、個橋臂。 稱為稱為比例臂。比例臂。 為比較臂。為比較臂。 為待測臂。當(dāng)為待測臂。當(dāng)BD兩點兩點電勢相等時，靈敏電電勢相等時，靈敏電流計流計G中無電流通過。中無電流通過。 =0.指針不偏轉(zhuǎn)，稱為指針不偏轉(zhuǎn)，稱為電橋平衡。否則電橋電橋平衡。否則電橋不平衡。不平衡。1R2RSRXR1R2RSRXRGI 由于電橋采用待測電阻與標(biāo)準電阻由于電橋采用待測電阻與標(biāo)準電阻相比較的方法。而制造較高精度的相比較的方法。而制造較高精度的標(biāo)準電阻并不困難。同時，靈敏電標(biāo)準電阻并不困難。同時，靈敏電流計只用來判斷有無電流，只要有流計只用來判斷有無電流，只要有足夠的靈敏度即可。不存在接入誤足夠的靈敏度即可。不存在接入誤差

6、。因此，用電橋測電阻準確度高，差。因此，用電橋測電阻準確度高，這是電橋測電阻的主要優(yōu)點。這是電橋測電阻的主要優(yōu)點。 惠斯登電橋是最常用的惠斯登電橋是最常用的直流電橋。當(dāng)直流電橋。當(dāng)B、D兩點兩點間電勢不等時，有電流間電勢不等時，有電流通過檢流計，電橋不平通過檢流計，電橋不平衡。調(diào)理衡。調(diào)理 ，使檢流計，使檢流計中電流為零中電流為零( =0)，此，此時時B、D兩點間電勢相等，兩點間電勢相等，電橋達到平衡，于是電橋達到平衡，于是有有 , GISR1122I RI R12xsI RI R 此式即為本實驗的測量此式即為本實驗的測量公式。式中公式。式中C= R1/R2稱稱為比例系數(shù)為比例系數(shù) ss21x

7、CRRRRR1122I RI R12xsI RI R 由測量公式知，當(dāng)電橋平衡時，四個橋臂的電阻間有一個簡單的關(guān)系：兩相對橋臂電阻的乘積相等。 顯然，Rx可由標(biāo)準電阻R1、R2 和Rs求得，與電源的電壓無關(guān)。所以，電橋測電阻實質(zhì)上是比較測量法。由于標(biāo)準電阻有很高的精確度，因而用電橋測電阻也有很高的精確度。 為了測量方便，箱式電橋上、比例系數(shù)為了測量方便，箱式電橋上、比例系數(shù)C= R1/R2取成固定比率取成固定比率(倍率倍率)。測量時。測量時先確定先確定C，然后調(diào)節(jié)，然后調(diào)節(jié)Rs使電橋平衡，由使電橋平衡，由公式公式Rx= CRs得到測量結(jié)果。得到測量結(jié)果。【實驗內(nèi)容及步驟】【實驗內(nèi)容及步驟】 一

8、用自組電橋測電阻一用自組電橋測電阻 1合理布置儀器，按線路圖接線，打開合理布置儀器，按線路圖接線，打開工作電源，調(diào)輸出電壓為工作電源，調(diào)輸出電壓為5.0V。 2取取R1:R2=1:1，用萬用表粗測，用萬用表粗測Rx值值( )，調(diào)，調(diào) RsRx，并使，并使Rn阻值最阻值最大。接通電源，合閘刀大。接通電源，合閘刀K1，用萬用表檢，用萬用表檢測測AB和和AD兩電壓，調(diào)兩電壓，調(diào)Rs使之約等；點使之約等；點按檢流計電計鈕，調(diào)按檢流計電計鈕，調(diào)Rs使電橋平衡使電橋平衡(檢流檢流計無電流通過計無電流通過)。調(diào)。調(diào)Rn阻值最小，合閘刀阻值最小，合閘刀K0(使保護電阻短路使保護電阻短路)，再次點按檢流計，再次

9、點按檢流計電計鈕，微調(diào)電計鈕，微調(diào)Rs使電橋完全平衡，記使電橋完全平衡，記Rs的示值即的示值即Rx值）。值）。20XR 3交換交換R1與與R2的位置，重復(fù)步驟的位置，重復(fù)步驟2，記下，記下示值示值Rs，并根據(jù)公式，并根據(jù)公式 求出待測求出待測電阻。由自組電橋不確定度公式計算電阻。由自組電橋不確定度公式計算Rx的的不確定度不確定度 ，寫出結(jié)果表達式。電阻箱誤，寫出結(jié)果表達式。電阻箱誤差公式差公式 ，式中，式中為電為電阻箱準確度等級，阻箱準確度等級，Rs為測量時電阻盤示值，為測量時電阻盤示值，N為測量時實際使用的電阻盤個數(shù)。為測量時實際使用的電阻盤個數(shù)。 4. 取取R1:R2=1:2, 用萬用表粗

10、測用萬用表粗測Rx值值( )，重復(fù)，重復(fù)2、3步驟，求出第二個待步驟，求出第二個待測電阻。測電阻。ssxRRRxRU1005. 0%NRs儀200XR 二用箱式電橋測電阻二用箱式電橋測電阻 1將電橋上檢流計將電橋上檢流計G的聯(lián)接片從的聯(lián)接片從“內(nèi)內(nèi)接換到接換到“外接外接”,用萬用表粗測待測電阻用萬用表粗測待測電阻Rx的阻值，并將的阻值，并將Rx接入電橋回路。接入電橋回路。 2選擇適當(dāng)?shù)谋堵蔬x擇適當(dāng)?shù)谋堵?C)，粗調(diào)四個刻度盤，粗調(diào)四個刻度盤(Rs)與與Rx約等，按下約等，按下B和和G健，微調(diào)刻度盤，健，微調(diào)刻度盤，使檢流計指針為零。此時，電橋達到平衡，使檢流計指針為零。此時，電橋達到平衡，記下

11、記下Rs的示值和的示值和C值。值。 3. 在電橋達到平衡基礎(chǔ)的上微微改變刻度在電橋達到平衡基礎(chǔ)的上微微改變刻度盤示值盤示值, 使使Rs改變?yōu)楦淖優(yōu)镽s+Rs, 觀察檢流計指觀察檢流計指針的偏轉(zhuǎn)情況針的偏轉(zhuǎn)情況, 記下檢流計指針偏離平衡位記下檢流計指針偏離平衡位置的格數(shù)和置的格數(shù)和Rs。 4待測電阻板由待測電阻板由2個電阻組成，重復(fù)個電阻組成，重復(fù)1、2、3步驟分別測出每個電阻及其串聯(lián)和并聯(lián)情步驟分別測出每個電阻及其串聯(lián)和并聯(lián)情況下的四個阻值。況下的四個阻值。 5箱式電橋誤差公式：箱式電橋誤差公式： ， 式中式中為電橋準確度等級；為電橋準確度等級；Rs為測量時刻度為測量時刻度盤示值；盤示值； R

12、0稱為基準值，隨測量范圍變化，稱為基準值，隨測量范圍變化，定義為各量程內(nèi)最大的定義為各量程內(nèi)最大的10的整數(shù)冪。的整數(shù)冪。10RCR1000s儀 檢流計的誤差公式：檢流計的誤差公式： ，式，式中中C為倍率，為倍率，Rs為電橋平衡后刻度盤示值為電橋平衡后刻度盤示值的微小改變量；的微小改變量；n為改變?yōu)楦淖僐s后檢流計指后檢流計指針偏離平衡位置的格數(shù)。根據(jù)箱式電橋的針偏離平衡位置的格數(shù)。根據(jù)箱式電橋的不確定度公式，求出各自的不確定度，并不確定度公式，求出各自的不確定度，并寫出結(jié)果表達式。寫出結(jié)果表達式。nRC2 . 0s儀 1自組電橋接線時，應(yīng)先接四個橋臂，自組電橋接線時，應(yīng)先接四個橋臂，再接橋支

13、路，最后接入電源。再接橋支路，最后接入電源。 2用電橋測電阻之前，必須先用萬用表用電橋測電阻之前，必須先用萬用表粗測待測電阻的阻值，并調(diào)粗測待測電阻的阻值，并調(diào)RsRx，以，以保護檢流計。保護檢流計。 3自組電橋自組電橋Rn 調(diào)大是減小電流降低調(diào)大是減小電流降低G的靈敏度并保護的靈敏度并保護G，由大調(diào)小是經(jīng)過一，由大調(diào)小是經(jīng)過一次粗調(diào)后提高次粗調(diào)后提高G的靈敏度。的靈敏度。 4自組電橋測量中交換自組電橋測量中交換R1和和R2是為了消是為了消除比例臂電阻不等值的測量誤差，第一次除比例臂電阻不等值的測量誤差，第一次測出測出 ，交換，交換R1與與R2的位置的位置 后測出后測出 ，那么，那么 。 5箱

14、式電橋自身帶有電源，測量中不用再箱式電橋自身帶有電源，測量中不用再外接電源。使用時外接電源。使用時B、G兩個電健要同時使兩個電健要同時使用，但需先按下用，但需先按下B，再按下，再按下G；斷開時則先；斷開時則先松開松開G，再松開，再松開B，以保護檢流計。，以保護檢流計。s21xRRRRs12xRRRRssxRRR 6選取適當(dāng)?shù)谋堵蔬x取適當(dāng)?shù)谋堵蔆），目的是使箱式），目的是使箱式電橋上的四刻度盤都被用上，也就是測量電橋上的四刻度盤都被用上，也就是測量值要有四位有效數(shù)字。值要有四位有效數(shù)字。 7箱式電橋在測量中量程不同時，其準箱式電橋在測量中量程不同時，其準確度等級不同，即確度等級不同，即的取值有變

15、化，請記的取值有變化，請記錄儀器背板上的有關(guān)數(shù)據(jù)。錄儀器背板上的有關(guān)數(shù)據(jù)。 8.測量完畢，應(yīng)將連接片重新?lián)Q到測量完畢，應(yīng)將連接片重新?lián)Q到“內(nèi)接內(nèi)接上，以保護檢流計。上，以保護檢流計。 9.必須按規(guī)定選擇電橋測電壓，若電源電壓必須按規(guī)定選擇電橋測電壓，若電源電壓低于規(guī)定值，會使電橋靈敏度降低，若高低于規(guī)定值，會使電橋靈敏度降低，若高于規(guī)定值，則可能燒壞橋臂電阻。于規(guī)定值，則可能燒壞橋臂電阻。 10.檢流計指針不動，除了檢流計損壞或鎖檢流計指針不動，除了檢流計損壞或鎖扣未推下外，原因可能是電路回路未接通扣未推下外，原因可能是電路回路未接通或或“橋?qū)蔷€橋?qū)蔷€B、D斷開。排除故障的順斷開。排除故障

16、的順序是先用萬用表檢查電源有關(guān)輸出，合上序是先用萬用表檢查電源有關(guān)輸出，合上開關(guān)片后，檢查開關(guān)片后，檢查A、C兩點間有無電壓，最兩點間有無電壓，最后分段檢查后分段檢查“橋?qū)蔷€上導(dǎo)線和連接是橋?qū)蔷€上導(dǎo)線和連接是否完好檢流計不能直接用萬用表的測電否完好檢流計不能直接用萬用表的測電阻檔檢查！）如果仍未查出，肯定是四個阻檔檢查?。┤绻晕床槌觯隙ㄊ撬膫€橋臂中兩鄰的兩個電阻同時不通造成的。橋臂中兩鄰的兩個電阻同時不通造成的。 11.檢流計指針偏向一邊：原因可能是電橋檢流計指針偏向一邊：原因可能是電橋的比率臂倍率選得不恰當(dāng)。若是比率臂的比率臂倍率選得不恰當(dāng)。若是比率臂選擇不當(dāng)，則改變比率臂的值就能使

17、指針偏選擇不當(dāng)，則改變比率臂的值就能使指針偏向另一邊。如果不論比率臂和比較臂向另一邊。如果不論比率臂和比較臂Rs取什取什么值，指針總向一邊偏轉(zhuǎn)。設(shè)電流總是從么值，指針總向一邊偏轉(zhuǎn)。設(shè)電流總是從D流向流向B，則四個橋臂中必是有一個橋臂斷開，則四個橋臂中必是有一個橋臂斷開，或者兩個正對的橋臂同時斷開。這種故障只或者兩個正對的橋臂同時斷開。這種故障只要用一根完好的導(dǎo)線就可能檢查出來檢查要用一根完好的導(dǎo)線就可能檢查出來檢查前必須先增大前必須先增大Kn的值，以減小電路的工作的值，以減小電路的工作電流）。電流）。 當(dāng)用一根導(dǎo)線將某一橋臂短路時，如果檢流當(dāng)用一根導(dǎo)線將某一橋臂短路時，如果檢流計的指針偏轉(zhuǎn)的方

18、向不變，則說明該橋臂是計的指針偏轉(zhuǎn)的方向不變，則說明該橋臂是斷開的；如果檢流計指針偏轉(zhuǎn)的方向不變，斷開的；如果檢流計指針偏轉(zhuǎn)的方向不變，則說明橋臂是完好的；如果檢流計的指針不則說明橋臂是完好的；如果檢流計的指針不再偏轉(zhuǎn)，則說明該橋臂對面的橋臂是斷開的，再偏轉(zhuǎn)，則說明該橋臂對面的橋臂是斷開的，將斷開的橋臂接通后，再利用上述方法來判將斷開的橋臂接通后，再利用上述方法來判斷用導(dǎo)線短路的橋臂是否完好，將查出的斷斷用導(dǎo)線短路的橋臂是否完好，將查出的斷開橋臂中壞的導(dǎo)線或電阻換下，故障可排除。開橋臂中壞的導(dǎo)線或電阻換下，故障可排除。 12.檢流計指針搖擺不定：原因可能是電路中檢流計指針搖擺不定：原因可能是電

19、路中某根導(dǎo)線接觸不良引起，可輕輕抖動各根導(dǎo)某根導(dǎo)線接觸不良引起，可輕輕抖動各根導(dǎo)線，找出接觸不良的位置，把故障排除。線，找出接觸不良的位置，把故障排除。【實驗思考題】【實驗思考題】 1、實驗還可用幾種比率測某電阻的、實驗還可用幾種比率測某電阻的阻值阻值? 你能用幾種方法何種儀器測電阻？你能用幾種方法何種儀器測電阻？ 答：此實驗就實驗室的自組電橋儀器設(shè)備答：此實驗就實驗室的自組電橋儀器設(shè)備,還可用還可用1:3，:，:等幾種比率測某等幾種比率測某電阻的阻值；此實驗用箱式電橋，還可用電阻的阻值；此實驗用箱式電橋，還可用0.001，0.01， 10，100，1000等幾種比率測等幾種比率測量，結(jié)果為四

20、位有效數(shù)字，其測量阻值范量，結(jié)果為四位有效數(shù)字，其測量阻值范圍分別為：圍分別為：1-9.999,10-99.99,10000-99990,100000-999900, 1000000-9999000。 在測量方法上，在測量方法上，有以下幾種方法：有以下幾種方法： 1. （間接比較法）（間接比較法） 當(dāng)當(dāng)K接通接通1時，由時，由歐姆定律可知歐姆定律可知 當(dāng)當(dāng)K接通接通2時，電時，電壓不變，壓不變，有有 。細。細調(diào)調(diào) ，使，使 那么那么SRUI 2XRUI1SR12II SXRR 2.半偏法半偏法 當(dāng)當(dāng)K1,K2閉合時閉合時Rx）,調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Rs使電流表滿偏，使電流表滿偏，可得可得Rs的讀數(shù)值的讀數(shù)值R1；當(dāng)；當(dāng)K1閉合閉合K2斷開時，調(diào)節(jié)斷開時，調(diào)節(jié)Rs使電流表滿偏，可得使電流表滿偏，可得另一另一Rs的值的值R2，由歐姆，由歐姆定律有定律有 因因I1=I2,有有Rx=2R1-R2XRRUI2211RUI 伏安法伏安法 電流表外接，有電流表外接，有 （Rv為電壓表電阻）為電壓表電阻）IUIURVRU 比較法比較法 當(dāng)當(dāng)K1,K2閉合時，測閉合時，測出此時的電流出此時的電流I1,當(dāng)當(dāng)K1閉合，閉合，K2斷開時，斷開時，細調(diào)細調(diào)Rs,此時的電