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1、南昌大学物理实验报告实验名称： _ 惠斯登电桥测电阻_专业班级：0_学生姓名：_0_学号：_0_实验地点：_0_座位号：0_实验时间：_0_实验目的1、掌握惠斯通电桥测电阻的原理和方法。2、学会正确使用箱式电桥测电阻的方法。3、了解提高电桥灵敏度的几种途径实验器材1 箱式惠斯通电桥 2.各型号电阻实验原理电桥法测量是一种很重要的测量技术。由于电桥法线路原理简明，仪器结构简 单，操作方便，测量的灵敏度和精确度较高等优点，使它广泛应用于电磁测量，也 广泛应用于非电量测量。电桥可以测量电阻、电容、电感、频率、压力、温度等许 多物理量。同时，在现代自动控制及仪器仪表中， 常利用电桥的这些特点进行设计、
2、 调试和控制。电桥分为直流电桥和交流电桥两大类。直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥， 单臂电桥又称为惠斯通电桥，主要用于精确测量中值电阻。双臂电桥又称为开尔文 电桥，主要用于精确测量低值电阻。本次实验主要是学习应用惠斯通电桥测电阻。1.惠斯通电桥的线路原理惠斯通电桥的线路原理如图15 1 所示。四个电阻 R, R,RX和 FS联成一个四 边形，每一条边称作电桥的一个臂，其中：R1,F2组成比例臂，R为待测臂，眩为比较臂，四边形的一条对角线 AC 中接电源 E,另一条对角线 BD 中接检流计 G 所谓“桥” 就是指接有检流计的 BD 这条对角线，检流计用来判断 B, D 两点电位是否相等，或 者说
3、判断“桥”上有无电流通过。电桥没调平衡时，“桥”上有电流通过检流计，当适当调节各臂电阻，可使“桥” 上无电流，即 B, D 两点电位相等，电桥达到了平衡。此时的等效电路如图152所示。图图 1 升升 2 电桥平衡后等效凰电桥平衡后等效凰根据图15 2 很容易证明CB15-1 惠斯通电桥的原理惠斯通电桥的原理(15 RxRsRiR7测值的。因而测量的精度取决于标准电阻。一般来说，标准电阻的精度可以做的很 高，因此，测量的精度可以达到很高。伏安法测电阻中测量的精度要依赖电流表和 电压表，而电流表和电压表准确度等级不可能作的很高，因此，测量精度不可能很 高。惠斯通电桥测电阻中，测量的精度不依赖电表，
4、故其测量精度比伏安法的测量 精度咼。2. 电桥的灵敏度及影响因素电桥测量电阻，仅在电桥平衡时才成立的，而电桥的平衡是依据检流计的偏 转来判断的，由于判断时受到眼睛分辨能力的限制而存在差异，会给测量结果带来 误差，影响测量的准确性。这个影响的大小取决于电桥的灵敏度。所谓电桥灵敏度,就是在已经平衡的电桥里，当调节比较臂的电阻RS,使改变一个微小量 Rs,流计指针离开平衡位置厶 d 格，则定义电桥灵敏度 S 为d3)式中：R 是电桥平衡时比较臂的电阻值， RS/R 是比较臂的相对改变量。因此， 桥灵敏度 S 表示电桥平衡时，比较臂 RS改变一个相对值时，检流计指针偏转的格数。S 的单位是“格”。例如
5、，S=100 格=1 格/ (1 /100),则电桥平衡后，只要 Rs改变 1%, 检流计就会有 1 格的偏转。一般讲，检流计指针偏转1/10 格时，就可以被觉察，也就是说，此灵敏度的电桥，在它平衡后，RS只要改变 0.1 %，我们就能够觉察出来，这样由于电桥灵敏度的限制所导致的误差不会大于0.1 %。这也正是我们研究电桥灵敏度的目的。电桥灵敏度与下面诸因素有关：(1) 与检流计的电流灵敏度 Si 成正比。(2) 与电源的电动势 E 成正比。RxRs1)此式即电桥的平衡条件。1)中的 R/ R2=K,则有R式中的 K 称为比例系数如果已知R, F2,艮，则待测电阻Rx可求得。设式(15 x=K
6、RS在箱式电桥测电阻中，只要调K 值，并不另外分R 和 R2),从而得到 K 值值，因为箱式电桥上设置有一个旋钮 路中，则需要分别调节两只电阻箱(由电桥的平衡条件可以看出，因此，电桥法测电阻的特点是将被测电阻与已知电阻5 2)F、R2的(1K 值而无需分别调R、R2。但在自组式电桥电式中除被测电阻 Rx 外，其它几个量也都是电阻器。(标准电阻)进行比较而获得被使检（3）与电源的内阻 rE和串联的限流电阻 RE之和有关。（4）与检流计的内阻和串联的限流电阻 RG之和有关。越小，电桥灵敏度 S 越高, 反之则低。（5）与检流计和电源所接的位置有关。因此， 实验中要使电桥具有较高的灵敏度， 以保证电
7、桥平衡的可靠性， 从而保 证测量的准确性。3.实验装置（1）箱式电桥：其面板和电路结构见图153。图15 4 QJ23 型箱式惠斯通电桥面板图图中的各个代码分别表示：（1 1 ）待测电阻 RxRx 接线柱；（2 2）检流计按钮开关 G G：按下时检流计接通电路，松开（弹起）时检流计断开电路；（3 3）电源按钮开关 B B:按下时电桥接通电路，松开 （弹起）时断开电路；（4 4） 检流计；（5 5）检流计调零旋钮；（6 6）外接检流计接线柱；（7 7）外接电源接线柱；（8 8）比例臂（9 9）比较臂（提供比例）。说明：（a）.图15 3 中电桥左下角的三个接线柱用来使检流计处于工作或短路状态的转
8、换，有一个短路用的金属片，当检流计工作时，金属片应接在中、下两个（“外接”）接线柱上，使电路能够连通；当测量完毕时，金属片应接在上、中两（“内接”） 接线柱上，检流计被短路保护。（b）.电桥背后的盒子里装有三节 1 号干电池，约 4.5 伏。当某个实验测量所需要的电源，比内接电源大或者小，就用外接电源，接在外接电源接线柱（7）上。（同 时要取出内装干电池）。（c）.比例臂（8）由 R 和 R2两个臂组成，R/R2之比值直接刻在转盘上； 当该臂旋 钮旋在不同的位置时，R、F2各有不同的电阻值，组成七档不同的比值 K（0.001 ，0.01，0.1，1，10，100，1000）。（d）.比较臂（9
9、）由四个不同的电阻档（X1，x10，x100，X1000）所组成。（e） .在测量时，要同时按下按钮 G B，要注意，先按 G,后按 B。（2） AC5 型指针式检流计AC5 型指针式检流计是电学实验中常用的仪器，灵敏度高，因为它采用了张丝或悬丝代替轴和轴承的结构，去掉了机械摩擦力。张丝不但是支承动圈和指针的元 件，也是导流和产生反力矩的元件。由于这种结构特点，所以在使用时不能激烈转动或震动。电流常数C 10 ?A/格。其面板如图 15-5 所示。图中：“ +、-”：正负极接线柱，电桥实验中检流计作为平衡指示器用，接线时可以不 考虑正负极。“零点调节”：调零旋钮，转动此旋钮可调节指针对准“0”
10、点。（不能在“锁定开关对着红点位置时调零。）“锁定开关”：此小开关拨向左边红点时为锁定状态，使线圈短路呈过阻尼， 以保护检流计免受震动的损伤。拨向右边白点时为使用状态，指针可以左右偏转。 检流计用毕后，应将此开关拨向红点。刻度盘：检流计“ 0”点在中间。“短路”按钮：这是一个阻尼电键，当检流计指针摆动不停时，待其接近0点将此按钮按下，然后松开，这样反复操作几次，可使指针迅速停止在“0”位，以节省测量时间，同时保护检流计。注意，上面讲的“锁定开关”与这个电键，虽然 都利用了阻尼效应，但用处是不同的，前者是使检流计成为不使用状态，后者是使 检流计处于使用状态使用的。“电计”按钮：接通电桥电路按钮开
11、关，按下时电路接通，松开时自动弹起， 电路断开。调节电桥平衡时一般应采取“跃按”法，即一按一松，按下时观察检流%电汁图 15-5 AC5 型指针式检流计实验步骤（一）清点主要仪器：1.电阻箱（3 个）2 .稳压电源（）3 滑线变阻器（2 个）4.检流计（）5 待 测电阻板（）6.开关（）7.箱式电桥（）8 .导线（）（二）按图 15-6 测量电路安置仪器，连接电路（三）测量电阻并测量电桥的灵敏度1 考察比率臂与电桥灵敏度的关系1） 检查线路；合上 K，接通电源， 电源电压取1 .5 V,R=200Q,R2=200Q，待测电阻取 200Qo2） 逐渐减小 Rp（直到为零） ， 同时 图 15-6
12、 ,测量电路调节 R,使检 ,同时调节 R3,使检流计指针再次3） 改变 R 至 R/,使检流计指针偏转1 格，记录下厶 F3/e的值，其中R3=| R3-R3|,0=1.0divo4）使电源电压升高至 3.0V 时，重复上述中的（2）（3）,读取检流计偏转格数,记入下表中。5）调节 R=2000Q, R2=2000Q,重复上述中的（2）（3）,将数据填入表（1）中。6）调节 R=200Q, R2=20Q,重复上述中的（2）（3）,将数据填入表（1）中7）调节R=200Q, R2=2Q,重复上述中的（2）（3）,将数据填入表（1 ）中。2.考察电压与电桥灵敏度的关系3.用箱式电桥测电阻选择倍率
13、分别为 1:1,1 : 10, 10 : 1,测量待测电阻.调节使检流计偏转一格 记下 R3,将数据记录下来，表格自制。（四）列数据表格Rx51Q绿200Q红3000Q橙75000Q紫R110000Q10000Q1000Q1000QR2100Q1000Q1000Q10000QR3200mV数据处理要求:1由计算的数据得出电桥的灵敏度电源电压、比率的关系。2关于电阻箱及电桥的误差计算：最大仪器误差：R=R %式中表示电阻箱或电桥的准确度，表示电阻箱或电桥的等级。我们所使用的 ZX21 型、ZX36 型电阻箱都是 0.1 级的。如一个电阻示值 R= 10.2Q,贝V：R=10.2X0.1%=0.010(Q)
惠斯通电桥测电阻-实验报告
