电桥法测电阻.pdf

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1、 （所属实验室：大学物理实验中心 217分室）、实验基本介绍 电桥是一种比较式仪器，是很重要的电磁学基本测量仪器之一。电桥按其结构特点可分 为交流电桥和直流电桥，也可分为单臂电桥和双臂电桥；按工作状态可分为平衡电桥和非平 衡电桥。惠斯登电桥称为单臂电桥，是最常用的直流电桥，主要用于低电阻的测量。、实验仪器介绍 实验仪器：QJ23型直流电阻电桥，万用电表，电阻若干只。【QJ23型箱式惠斯登电桥】实验中Rx的误差主要取决于Rs，而不是R1/R2的比值。从图2可知，比较臂Rs由四只可 变的标准电阻相互串联，其总阻值可达 9999。所以该电桥可测量19999000范围内的电 阻，基本量程为100999

2、90。实验名称 惠斯登电桥测电阻 1 i 灵敏度旋钮 如图1所示。箱式直流电桥具有便于携带、准确度高和使用方便等特点。其电路原理图 如图2所示。Ri、R2为比例臂，Rs为比较臂,K）的比值。例如将倍率 改变b点的位置就可以改变 R1/R2（即比例系 开关 b置于“102”时，便有 Ri R2 O.999 8.902 81.009 409.09 409.09 81.009 100 8.902 0.999 I倍率选择 调零旋钮 图1 QJ23型直流电阻电桥、指针万用表、待测电阻 q If 臣:P 尹；:gZm 壬竺二二二厂 Q T 丄0币 图3为QJ23型箱式电桥面板示意图。面板中下部有四个标有“

3、1.理解直流电桥的构成和工作原理;2.掌握万用电表的使用和电桥的调节方法;3.用直流电桥测定电阻的阻值。3.2实验原理 惠斯登电桥的原理如图4所示。图中R1、R2、Rs是已 知其阻值的标准电阻，它们与待测电阻Rx构成一个四边形,每一边都称为电桥的臂。R1、R2称为比例臂，Rs称为比较 臂，Rx称为待测臂。在A、B两端接直流电源E;在C、D 两点间接检流计G，结构像桥一样，故称为电桥。当 C、D 1000”、“100”、“10”和“1”的旋钮,是用来调节比较臂 Rs的，调节范围为 09999 使用与读取方法同电阻 箱。面板右下角的“Rx”接线柱是用来联接被测电阻 的;左侧上方的“+E-”用于联接

4、外部电源；“内、G、外”为检流计选择端钮，当“G”和“内”用短路片联 接时，则在“G”和“外”之间需外接检流计；在“G”和“外”短路时，则箱式电桥内附的检流计接入了电路。面板右上角为倍率“K”选择开关。面板左下角的“B”“G”按钮，从图2可以看出,前者用于接通电源，后者用于接通检流计支路。在使用 10 I 时，“B”、“G”两个电健要同时使用，但需先按下“B”，再按下“G”；断开时则先松开“G”，再松开“B”以保护检流计。所以使用箱式电桥时，先将倍率K（R1/R2）确定,然后调节RS使电桥平衡，由公式（3）便可计算出测 O A 量结果。三、实验内容预习 3.1实验目的 o o O QQ 3.2

5、.1惠斯登电桥测量电阻的原理 0 C-IV*弘畑触 10.沖 KI -首 8 WHfl Jxff 100 x9 IE d r C 图4 两点间的电势不相等时，有电流通过检流计G，电桥不平衡。调节Rs使检流计中电流为零（Ig=0），此时C、D两点间电势相等，电桥达到平衡，于是有：11 Rx=l2 Rs Il RI=|2 R2 式中K=R1/R2称为比例系数。由公式（11-3）知，当电桥平衡时，两相对桥臂电阻的乘积 相等。显然，Rx可由标准电阻R1、R2和RS求得，与电源的电压无关。所以，电桥测电阻实 质上是比较测量法。由于标准电阻有很高的精确度，因而用电桥测电阻也有很高的精确度。322电桥灵敏度

6、 在实验中，我们是通过检流计的指针是否偏转来判断电桥平衡的；所以测量结果的准确 程度与检流计的灵敏度有关。当电桥平衡时，如果比较臂 RS有一增量RS，电桥的平衡被破坏，使检流计指针偏移 n 格，则电桥的灵敏度S定义为：S 咬Rs（4）可以证明，对同型号检流计和电阻组好的电桥，改变其它任一臂，电桥的灵敏度都一样,即灵敏度是唯一确定的。所以公式（11-4）可改写为:S Rx R Rx 若检流计在0.2分格以下的偏转变化不可察觉，则当n=0.2分格时，所对应的Rx值可能 产生的最大误差为 Rx。Rx 02RX x S x 3.3实验内容与步骤（1）先用万能电表电阻档粗测电阻的阻值。对指针式电表，合适

7、的档位能使指针有较大的偏转；对数字式电表，若首位读数是 则应有4位有效数字，若首位是其它数字，则应有 3位有效数字，否则就是档位不合适。.（2）将电阻接到电桥上，根据电阻值选择电桥的倍率和读数旋钮（比较臂 Rs），合适的比率 将有4位有效数字的测量结果，也就是首位读数旋钮不为零。连接短路片，令电桥使用内置 的检流计和内置的电源。(1)Rx 也 Rs KRs R2 1,(3)按下电源开关按扭“B”，使电桥通电。起初电桥处于非平衡状态，点按检流计按扭“G”，可观察到指针的偏转。由偏转方向，判断读数调节的增减方向，相应调节最大的读 数旋钮，使指针的偏转幅度减少。(4)仿步骤3,依照从大到小的次序，不

8、断调节电桥的读数旋扭，逐渐使电桥上的检流计指 针指向零。(5)当检流计指针指向零时，即电桥处于平衡状态时，用(3)式计算待测电阻的阻值。(6)最后，检查平衡电桥的灵敏度：在电桥平衡时，改变读数旋钮的值，使检流计指针偏移 n格，相应的电阻值改变为 R，计算电桥的灵敏度 S R R(7)依上方法，测量几只阻值不同的电阻和这些电阻的串、并联电阻值。(8)根据(6)式估算测量的不确定度。四、思考题(1)为什么用电桥测量待测电阻前，先要用万用表进行粗测?(2)箱式电桥中比例臂的倍率值选取的原则是什么?五、数据记录的参考表格 万用表 测 Rx(Q)倍率 K 电阻盘示 值 RS(Q)测量值 Rx=KR S(Q)偏转格量 数 n RS改变 R(Q)灵敏度 S RX=0.2RX/S 用箱式电桥测电阻 表格一