1、物理实验报告物理实验报告 直流电桥测量电阻 实验简介 直流电桥就是一种用比较法测量电阻的仪器,主要由比例臂、比较臂、检流计等构成桥式线路。测量时将被测量量与已知量进行比较而得到测量结果,因而测量精度高,加上方法巧妙,使用方便,所以得到了广泛的应用。电桥的种类繁多,但直流电桥就是最基本的一种,它就是学习其它电桥的基础。早在 1833 年就有人提出基本的电桥网络,但一直未引起注意,直至 1843 年惠斯通才加以应用,后人就称之为惠斯通电桥。单臂电桥电路就是电学中很基本的一种电路连接方式,可测电阻范围为 1106。通过传感器,利用电桥电路还可以测量一些非电量,例如温度、湿度、应变等,在非电量的电测法
2、中有着广泛的应用。本实验就是用电阻箱与检流计等仪器组成惠斯通电桥电路,以加深对直流单臂电桥测量电阻原理的理解。本实验的目的就是通过用惠斯通电桥测量电阻,掌握调节电桥平衡的方法,并要求了解电桥灵敏度与元件参数之间的关系,从而正确选择这些元件,以达到所要求的测量精度。实验原理 电阻按其阻值可分为高、中、低三大类,R1 的电阻为低值电阻,R1M 的称高值电阻,介于两者之间的电阻就是中值电阻,通常用惠斯通电桥测中值电阻。1、惠斯通电桥的工作原理 惠斯通电桥原理,如图 1 所示。图 1 惠斯通电桥原理图 2、电桥的灵敏度 电桥就是否平衡,就是由检流计有无偏转来判断的,而检流计的灵敏度总就是有限的,假设电
3、桥在 R 1/R 2=1 时调到平衡,则有 R x=R 0,这时若把 R 0 改变一个微小量R 0,则电桥失去平衡,从而有电流 I G 流过检流计。如果 I G 小到检流计觉察不出来,那么人们会认为电桥就是平衡的,因而得到 R x=R 0+R 0,R 0 就就是由于检流计灵敏度不够高而带来的测量误差R x。引入电桥的灵敏度,定义为 式中的R x 就是在电桥平衡后 R x 的微小改变量(实际上若就是待测电阻 R x 不能改变时,可通过改变标准电阻 R 0 的微小变化R 0 来测电桥灵敏度),n 就是由于R x 引起电桥偏离平衡时检流计的偏转格数,n 越大,说明电桥灵敏度越高,带来的测量误差就越小
4、。S 的表达式可变换为 其中 S 1 就是检流计自身的灵敏度,由线路结构决定,故称电桥线路灵敏度,理论上可以证明 S2 与电源电压、检流计的内阻及桥臂电阻等有关。3、交换法(互易法)减小与修正自搭电桥的系统误差 自搭一个电桥,不考虑灵敏度,则 R 1、R 2、R 0 引起的误差为 为减小误差,把图 1 电桥平衡中的 R 1、R 2 互换,调节 R 0 使 I G=0,此时的 R 0 记为 R 0,则有 这样就消除了 R 1、R 2 造成的误差。这种方法称为交换法,由此方法测量 R x 的误差为 即仅与电阻箱 R 0 的仪器误差有关。若 R 0 选用具有一定精度的标准电阻箱,则系统误差可以大大减
5、小。实验仪器 本实验用到的实验仪器有:电压源、滑线变阻器(2 个)、四线电阻箱(3 个)、检流计、待测电阻、电源开关、电桥箱。实验内容 1、自组直流电桥 1)按下图所示实验电路图正确连线。图 2 直流电桥实验电路图 2)线路连接好以后,检流计调零。3)调节直流电桥平衡。4)测量并计算出待测电阻值 Rx,微调电路中的电阻箱,测量并根据电桥灵敏度公式:S=n/(Rx/Rx)或 S=n/(R0/R0)计算出直流电桥的电桥灵敏度。5)记录数据,并计算出待测电阻值。2、箱式直流电桥 1)使用内接电源与内接检流计,按照实验电路图连线。2)线路连接好以后,检流计调零。3)调节直流电桥平衡。4)测量并计算出待测电阻值 Rx,微调电路中的电阻箱,测量并根据电桥灵敏度公式:或 计算出直流电桥的电桥灵敏度。记录数据,并计算出待测电阻值。数据记录 未知电阻阻值 Rx=484 电桥灵敏度 S=14、33 思考题 如果取桥臂电阻 R 1=R 2,调节 R 0 从 0 到最大,检流计指针始终偏在零点的一侧,这说明什么问题？应作怎样的调整,才能使电桥达到平衡？答:R 0 的最大阻值没有达到 Rx 的阻值;应该适当减小 R2/R1 的值重新测量。作者真是一级棒！
