雙臂電橋測(cè)電阻

1、物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：?jiǎn)?雙臂電橋測(cè)電阻二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)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)瑩三、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(10以下、幾十Q、幾kQ電阻各一只)， 檢流計(jì)(AC 5/1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1o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2和標(biāo)準(zhǔn)電阻皿及電阻/?“用構(gòu)成電橋的四個(gè)臂。在CD 端加上直流電壓，AB間串接檢流計(jì)G,用來(lái)檢測(cè)

2、其間有無(wú)電流(A、B兩點(diǎn)有無(wú)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)，檢流計(jì)中無(wú)電流通過(guò)，稱電橋達(dá)到了平衡這時(shí)，電橋四個(gè)臂上電阻的關(guān)系為:(1)上式稱為電橋平衡條件。若R。的阻值和Ri. R2的阻值(或 Ri / &的比值)已知，即可由上式求出R-調(diào)節(jié)電橋平衡方法有兩種：一種是保持&不變，調(diào) 節(jié)/ 用的比值；另一種是保持RJ R1不變，調(diào)節(jié)電阻心 本實(shí)驗(yàn)用后一種方法。(2)o關(guān)于電橋靈敏度的槪念因檢流計(jì)的靈敏度是有限的，在電橋調(diào)到認(rèn)為“平衡”吋，檢流計(jì)中不一定絕對(duì)沒(méi)有電流通過(guò)，從而 給測(cè)董帶來(lái)誤差。為此我們引

3、入電橋靈敏度s的概念A(yù)h近(2)定義相對(duì)靈敏度S俯為:在計(jì)算由靈敏度帶來(lái)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=()2, 則由靈敏度帶來(lái)的不確定慶：0.2圖2開爾文電橋原理圖(6)為得到較大的靈敏廈，在自組電橋中RR2,即RJ W2 開爾文電橋的測(cè)量原理當(dāng)被測(cè)電阻較小(10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1Q1(T5Q的 低值電阻其原理見圖2or、r“、gr即代表各段線路的附加電阻(10 3105Q), 因用.尺的引入，形成雙橋，故稱雙臂電橋或稱開爾文電橋，調(diào) 整R、R2.

4、AV心 使檢流計(jì)中無(wú)電流通過(guò)，稱電橋平衡，這時(shí) A> B兩點(diǎn)電位相等。當(dāng)滿足(5) 時(shí)，有圖3 惠斯頓電橋接線圖四、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)的電橋靈敏廈按圖3接線自搭惠斯登電橋。圖中是保護(hù)電阻，防止大 電流通過(guò)檢流計(jì)，保護(hù)檢流計(jì)(允許通過(guò)的電流在1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？ /?是滑線變阻器，由滑動(dòng) 端B將其分為只和 弘作為電橋的兩個(gè)臂；金是雙刀換向開關(guān), 其作用是在不需要拆線路的情況下方便地交換憶和 憶的位置。(1) 工作條件:電源電壓取4伏：B點(diǎn)在中間附近；(2) 測(cè)董電阻時(shí)釆用交換法，即將

5、屆打到一邊，調(diào)整尺， 使電橋平衡后有色=冬7(。)/?2£點(diǎn)不變，將/?x、&互換位置(將金打到另一邊)再調(diào)整唸為 心，使電橋平衡后有:由(7)、(8)式得：Rx = 7/?0 -R；。(9)(3) 交換法消除了裝置不對(duì)稱引是的系統(tǒng)誤差.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肌 在電橋平衡時(shí)改變R。，使檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)35格，由式(5)計(jì)算出S®2o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

6、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，直至置高靈敏度.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(shuō)明書測(cè)量四端電阻的阻值，測(cè)董時(shí)注意四端電阻的接法及選取合適的RJR.(或RJRJ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(wú)誤后方可通電實(shí)臉，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(guò)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)輕羣輕放，測(cè)量使用躍接法.六、數(shù)

7、據(jù)記錄與處理1. 用自組惠斯登電橋測(cè)電阻及其電橋靈敏廈(1)數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算單位：歐姆RRR n用 n Z?ozs.s/R*、1 22o7128.6125. 631 .021o 0368.125 7 o2R x22576 72695. 02635o241 OoO31 0.01030o780 85(2)誤差分析實(shí)臉為一次性測(cè)瑩，測(cè)量結(jié)果的不確定皮由B類測(cè)量不確定度評(píng)價(jià)，具體分析如下:(1 0)(11)(12)(a) 電阻箱示值誤差造成的測(cè)董不確定h,因尺丫 =,所以由不確定度傳遞公式得到/ 、2( 0 =%+%=0.078%其中 = 0.1%7?0 + 0.002/?門為使用電阻箱步進(jìn)盤個(gè)數(shù)。(b

8、) 由電橋靈敏度造成的測(cè)量不確定度“X2=0.095%>(c) 總測(cè)量不確定度妝為llx = J".+"i2° = Oo 2 °同理：/?v2 = 2635 ±20測(cè)瑩結(jié)果表達(dá)：/?A1 =/?vl ±«v =125.6±0.2 Q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)董值 n Z?oR,、11 28o 4128.430. 13852.0/?x21 0263 o 2263230. 32632 0串聯(lián)1 0276. 1276140a 52208.8并聯(lián)1124o 41

9、24. 430。13732o 03、用開爾文電橋測(cè)金屬棒電阻率p數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算單位：歐姆S*R n Rs相R.Z.(m)p (Q /m)0. 011000263 832o 0395 o 72 638e-30.41206. 403e-3七.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)赭測(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(guò)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).(2) 在自組電橋調(diào)平衡的過(guò)程中，保護(hù)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻如何配合使用？開始吋，電橋通常遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)，保護(hù)電阻置于最大，保證通過(guò)檢流

10、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)到最鬲靈敏度 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(guò)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(wú)論如何調(diào)節(jié)尺，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)指針始終向一邊僞，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)指針始終始終不僞轉(zhuǎn)，表明沒(méi)有電流流過(guò)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