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惠斯通电桥实验讲义
2015-01-27 16:36吕江 理学院物理实验中心

用惠斯通电桥测电阻

课时:3学时

教材:《大学物理实验》第2版天津大学出版社

简介:电桥法是常用的电阻测量方法之一。平衡电桥是用比较法进行测量的,即在平衡条件下,将待测电阻与标准电阻进行比较以确定其阻值。它具有测试灵敏、精度和方便等特点。桥式电路在自动化仪器和自动控制过程中有许多用途。

实验重点:电桥平衡的调节方法。

难点:实验仪器调节,实验数据误差分析

教学目的:1、掌握惠斯通电桥的原理和特点2、 学习调节电桥平衡的操作方法3、理解并掌握电桥灵敏度的概念。

教学方法:以演示、讲述为主,采用提问式、启发式教学,结合巡回辅导

实验要求:1.课前预习,完成预习报告;2.独立完成,分析误差来源3.课后完成实验报告,能够提出改进建议。

实验仪器:箱式电桥、 检流计、 稳压电源、 电阻箱、 待测电阻、 开关、 导线等。

实验原理:

1电桥的工作原理

当图中B点与D点之间的电位差为零时,表明电桥两端达到平衡。此时根据欧姆定律可知:

解联立方程后得

称为电桥平衡条件,其中称为比率值。

2.电桥灵敏度

一般流过桥路的电流小于10-7A,当检流计偏转小于0.2格时,此时会误以为电桥已达到平衡,结果造成电桥测出的Rx值与待测电阻之间有误差存在。为了能够定量反映这一误差的大小,引入电桥灵敏度的概念:

式中,是在电桥平衡后的微小改变量。

实际上待测电阻 是不能变的,在测S时,改变的是标准电阻R0

若检流计在0.2分格以下的偏转变化不可觉察,则当Δn=0.2分格时所对应的ΔRx值,就是电桥灵敏度所引起的Rx值可能产生的最大误差,这个数值称为电桥的灵敏阈,用Δs表示。

实验和理论都证明,电桥灵敏度与下例因素有关:

(1)电源电压的高低

(2)检流计本身的灵敏度

(3)桥路电阻的大小

(4)电源支路的电阻高低

(5)检流计和电源所接的位置

(6)四个桥臂的搭配

3.电桥的不确定度

1)自组桥

以间接测量的不确定度Δa作为电桥的允许基本不确定度:

其中,a为电阻箱的准确度等级,i=1,2,0

2)箱式电桥

箱式电桥的允许基本误差极限Elim由下式决定

式中Kr为比率值,R0为测量盘示值,a为准确度等级,RN为基准值。

箱式电桥的绝对误差

测量结果的不确定度:

实验步骤:

1.自组桥测电阻

(1)用万用表粗测待测电阻。

(2)连接电路。R1R2R0都用电阻箱充当,电源电压E3V

(3)根据被测电阻的粗测值,适当选取R1R2的阻值。

(4)由所取的R1R2的阻值及的粗测值估算出R0值,然后将R0调节到该阻值的位置上,将Rn调到最大。合上K1K2,调节R0,使检流计的指针指在零的位置上。再将Rn调至零,重新调节R0,使检流计的指针重新指在零的位置上,此时电桥处于平衡状态,将R0值记录下。

(5)测电桥灵敏度。调节R0使电桥达到平衡。记录下R0,后将R0改变亦微小量ΔR0,使检流计偏转2-3格,记录下ΔR0值和Δn值。

(6)分别算出RxSΔsΔa、和ΔRx

2.箱式电桥测电阻

1)按仪器面板图示联接线路。

2)根据被测电阻Rx(分别为Rx1Rx2)的粗测值,适当地选取比率臂K值(R0的旋纽都能利用上)和值R0

3)按顺序按下电源和电计按钮,此时检流计发生偏转,调节R0直至检流计指零。记 录R0值。然后按照自组桥所述测量电桥灵敏度的步骤测量次电桥灵敏度。

4)处理数据。

实验数据:

1.自组电桥待测电阻Rx2的测量数据

项目

Kr=R1/R2

R0

(Ώ)

Rx

(Ώ)

ΔR0

(Ώ)

Δn1

()

Δn2

()

Δn

()

S

(Ώ)

ΔS

(Ώ)

Δa

(Ώ)

ΔRx(Ώ)

1

100/100

2

100/1000

3

1000/100

待测电阻Rx3的测量数据

项目

Kr=R1/R2

R0

(Ώ)

Rx

(Ώ)

ΔR0

(Ώ)

Δn1

()

Δn2

()

Δn

()

S

(Ώ)

ΔS

(Ώ)

Δa

(Ώ)

ΔRx(Ώ)

1

100/100

2

100/1000

3

1000/100

2.箱式电桥

项目

Kr=R1/R2

R0

(Ώ)

Rx(Ώ)

ΔR0(Ώ)

Δn1()

Δn2()

Δn()

S

(Ώ)

ΔS

(Ώ)

Δa

(Ώ)

ΔRx(Ώ)

Rx2

1

Rx3

10

注意事项:

1.为了保护检流计,接通电源指时,应先合上k1再合k2。断开时,应先断开k2,再断k1

2.电桥达到平衡后,为了更好地判断检流计电流是否为零,应反复开合开关k2(跃接法),细心观察检流计的指针是否摆动。

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