直流單臂電橋?qū)嶒?yàn)

直流單臂電橋?qū)嶒?yàn)當(dāng)前第1頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)實(shí)驗(yàn)序電橋是采用橋式電路的電測(cè)量?jī)x器，是一種比較式的測(cè)量?jī)x器。它在電測(cè)技術(shù)中應(yīng)用極為廣泛，可以用來(lái)測(cè)量電阻、電容、電感、頻率、溫度、壓力等許多物理量。電橋儀器主要分為直流電橋和交流電橋兩大類。直流電橋按其結(jié)構(gòu)又可分為單臂電橋和雙臂電橋。當(dāng)前第2頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)電橋有兩種工作方式:平衡電橋：直接測(cè)量橋臂電阻的大小，得到測(cè)量結(jié)果。非平衡電橋：測(cè)量橋臂電阻的變化量，以得到測(cè)量結(jié)果，主要用于非電量的電測(cè)技術(shù)。當(dāng)前第3頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)根據(jù)《科學(xué)時(shí)報(bào)》報(bào)道（2001.7.3)，德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)宣布，該大學(xué)的電子技術(shù)人員制成了世界上最小的電橋，它只有12納米長(zhǎng)，有助于推進(jìn)微型計(jì)算機(jī)芯片的開(kāi)發(fā)工作。當(dāng)前第4頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)預(yù)習(xí)要點(diǎn)單臂電橋的電路結(jié)構(gòu)；直流單臂電橋測(cè)電阻的原理和方法；電阻溫度系數(shù)的物理意義；柱面加熱器和溫度測(cè)控儀的使用要點(diǎn)。當(dāng)前第5頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯W(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)單臂電橋的電路組成；理解并掌握用直流單臂電橋測(cè)電阻的原理和方法；掌握多功能溫度測(cè)控儀和恒溫柱面加熱器的使用；用QJ24型直流單臂電橋測(cè)銅、合金、半導(dǎo)體在不同溫度下的電阻值，計(jì)算銅電阻的溫度系數(shù)。當(dāng)前第6頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)原理1．直流單臂電橋直流單臂電橋也叫惠斯通電橋，其原理電路如圖所示。四個(gè)電阻R0、R1、R2和Rx構(gòu)成一個(gè)四邊形，每條邊稱作電橋的一個(gè)“臂”。

對(duì)角A和C上加上電源E，對(duì)角B和D之間連接檢流計(jì)G。檢流計(jì)的作用是將“橋”兩端的電位UB和UD進(jìn)行比較。Rx是待測(cè)電阻，R1、R2是已知電阻，R0是可調(diào)節(jié)可讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)電阻。當(dāng)前第7頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)適當(dāng)選擇R1、R2的值，調(diào)節(jié)R0的電阻值，使B、D兩點(diǎn)的電位相等時(shí)（UB=UD），檢流計(jì)中無(wú)電流通過(guò)，即Ig=0，這時(shí)稱為電橋平衡。電橋平衡時(shí)，Ig=0，I1=Ix，I2=I0，同時(shí)由于B、D兩點(diǎn)的電位相同，所以UAB=UAD，

UBC=UDC。根據(jù)歐姆定律有：I1R1=I2R2，IxRx=I0R0

所以此式是電橋平衡的條件，稱為電橋平衡公式。當(dāng)前第8頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)2．導(dǎo)體的電阻溫度特性導(dǎo)體的電阻均與溫度有關(guān)。在通常溫度下，多數(shù)純金屬的電阻其阻值的大小隨溫度的變化呈線性關(guān)系，可用下式來(lái)表示。式中Rt是導(dǎo)體在溫度為t℃時(shí)的電阻值；R0為導(dǎo)體在0℃時(shí)的電阻值；稱為電阻的溫度系數(shù)。嚴(yán)格地說(shuō)，各種導(dǎo)體的溫度系數(shù)和溫度有關(guān)，但在0℃～100℃范圍以內(nèi)，值變化很小，可認(rèn)為不變。當(dāng)前第9頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)康銅、錳鋼等合金，電阻幾乎不隨溫度變化，α值很小，約為0.2×10-4/℃。利用合金的這一性質(zhì)，可制成標(biāo)準(zhǔn)電阻。半導(dǎo)體的電阻與溫度的關(guān)系和金屬導(dǎo)體不同。在通常溫度下，半導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而減小，具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。它的變化規(guī)律為式中，E和R0是常量，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。利用半導(dǎo)體的這一性質(zhì)制成的熱敏電阻，在靈敏測(cè)溫和自動(dòng)溫控裝置中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前第10頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)三、儀器介紹

1．QJ24型直流單臂電橋QJ24型箱式電橋采用惠斯通電橋線路，主要由比率臂、比較臂、檢流計(jì)和電池組組成。全部部件安裝在箱內(nèi)，箱蓋銘牌上給出了電橋原理線路和有關(guān)參數(shù)，供使用者參考。

QJ24型電橋測(cè)量范圍是20～99990歐姆，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)，內(nèi)接電源電壓為4.5伏，外接電源為4.5伏。當(dāng)前第11頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)QJ24型電橋的面板圖和測(cè)量原理圖

測(cè)量時(shí)將待測(cè)電阻接在面板上的X1和X2之間，將比較臂轉(zhuǎn)盤各檔數(shù)值置于用萬(wàn)用表粗測(cè)待測(cè)電阻值的位置，并據(jù)此選擇合適的比率。選擇比率的原則是能充分利用電橋的四個(gè)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤，保證測(cè)量讀數(shù)有４位有效數(shù)字。

當(dāng)前第12頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)

接通電源按鈕B0和檢流計(jì)按鈕G1，調(diào)節(jié)比較臂轉(zhuǎn)盤，直到檢流計(jì)接近指零，再松開(kāi)G1按下G0，仔細(xì)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤示值，使檢流計(jì)準(zhǔn)確指零，記下比較臂各轉(zhuǎn)盤阻值的數(shù)值R0，則待測(cè)電阻

Rx＝比率值×R0※檢流計(jì)按鈕G1支路上串接了一個(gè)較大阻值的保護(hù)電阻Rg，用于粗調(diào)電橋平衡，可避免檢流計(jì)被過(guò)大電流沖擊。G0為細(xì)調(diào)按鈕。當(dāng)前第13頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)2．多功能溫度測(cè)控儀和恒溫柱面加熱器本實(shí)驗(yàn)用ZHQ-1型恒溫柱面加熱器對(duì)待測(cè)量的三種樣品（銅、合金、半導(dǎo)體）進(jìn)行加溫，并由KWY-3型多功能溫度測(cè)控儀進(jìn)行控溫和測(cè)溫。當(dāng)前第14頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)☆ZHQ-1型恒溫柱面加熱器ZHQ-1型恒溫柱面加熱器為鋁制外殼，采用柱形結(jié)構(gòu)。圓柱中心軸線位置放置棒狀電熱絲，電熱絲產(chǎn)生的熱量均勻四周輻射，爐內(nèi)溫度以柱中心對(duì)稱分布。其特點(diǎn)是升溫速度快，達(dá)到平衡溫度的時(shí)間短。

被加熱體置于圓柱外側(cè)導(dǎo)熱層，被加熱體的溫度測(cè)量采用球體熱敏電阻。（請(qǐng)?jiān)?0℃—80℃范圍內(nèi)使用）當(dāng)前第15頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)☆KWY-3型多功能溫度測(cè)控儀開(kāi)機(jī)后儀器自行顯示“控溫測(cè)量”狀態(tài)，用功能選擇鍵選擇儀器功能。每按一次功能選擇鍵儀器進(jìn)入下一功能狀態(tài)。用溫度設(shè)定鍵選擇溫度設(shè)定位，用鍵設(shè)定所需溫度，全部設(shè)定完以后按設(shè)定鍵確認(rèn)。也可用T0+5直接增加5℃設(shè)定控制溫度。※儀器右顯示器小于0.5時(shí)，溫度設(shè)定才有效?！訜釙r(shí)，溫度測(cè)控儀與恒溫柱面加熱器的紅色指示燈同時(shí)閃亮。當(dāng)前第16頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容⑴用QJ24直流單臂電橋測(cè)出室溫下銅、合金、半導(dǎo)體電阻的阻值。⑵將溫度設(shè)定為室溫下增加5℃，通電加熱至溫度平衡。測(cè)出相應(yīng)溫度下的銅、合金和半導(dǎo)體的電阻值。當(dāng)溫度趨于穩(wěn)定時(shí)，迅速將電橋調(diào)節(jié)平衡（如何調(diào)節(jié)？），記錄電橋平衡時(shí)的溫度ti和溫度為ti時(shí)電橋比較臂的讀數(shù)。⑶重復(fù)步驟⑵，使溫度每升高大約5℃時(shí)測(cè)一組數(shù)據(jù)，共測(cè)6組數(shù)據(jù)。將所測(cè)數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)記錄表格中（自擬數(shù)據(jù)記錄的表格）。當(dāng)前第17頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)注意：調(diào)節(jié)電橋平衡要迅速，電橋平衡時(shí)，應(yīng)首先讀取溫度計(jì)的讀數(shù)，再記錄電橋轉(zhuǎn)盤的示值，想一想為什么要這樣做？

當(dāng)前第18頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期日\(chéng)9點(diǎn)五、數(shù)據(jù)處理⒈以Rt為縱坐標(biāo)，t為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描繪銅電阻R－t圖線，求出直線