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文檔簡(jiǎn)介
1、直流單臂電橋?qū)嶒?yàn),劉金環(huán),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。,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)。,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)芯片的開發(fā)工作。,預(yù)習(xí)要點(diǎn),單臂電橋的電
2、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)。,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)。,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
3、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。,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)中無電流通過,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,Ix Rx=I0R0 所以,此式是電橋平衡的條件,稱為電橋平衡公式。,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,可用下式來表示。 式中Rt是導(dǎo)體在溫度為t時(shí)的電阻值;R0為導(dǎo)
4、體在0時(shí)的電阻值;稱為電阻的溫度系數(shù)。 嚴(yán)格地說,各種導(dǎo)體的溫度系數(shù) 和溫度有關(guān),但在0100范圍以內(nèi),值變化很小,可認(rèn)為不變。,康銅、錳鋼等合金,電阻幾乎不隨溫度變化,值很小,約為0.210-4/。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。,三、儀器介紹,1QJ24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)
5、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2099990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。,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)有位有效數(shù)字。,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
6、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)被過大電流沖擊。 G0為細(xì)調(diào)按鈕。,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。, 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)?08
7、0范圍內(nèi)使用),KWY-3型多功能溫度測(cè)控儀,開機(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。 加熱時(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。,四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容, 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。 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)。 重復(fù)步驟,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)。,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?,五、數(shù)據(jù)處理,以Rt為縱坐標(biāo),t為橫坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上描繪銅電
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