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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 上 海 电 力 学 院物理试验指导书所属课程：高校物理试验试验名称：惠斯通电桥面对专业：全院理工科试验室名称： 物理试验室2006 年 2 月名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 上海电力学院物理试验室一、试验目的：1明白用惠斯通电桥测电阻的原理和电路特点；2学会用箱式直流电桥和自组电桥测电阻；3明白用交换法排除误差的方法；4明白惠斯通电桥的应用；二、试验仪器、设备：名称型号、规格购买地址及联系方式备注滑线变阻器BX7-14 上海胜心电器厂电阻箱上海市控江路 1677 号
2、ZX21 旋转式上海精密科学仪器导线- 上海 21 厂 北京东路科技金城待测电阻 RX1,RX2- 自制直流稳压电源XJ17233L 上海无线电 21 厂箱式直流电桥QJ23 直流上海电表厂检流计J0409 浙江温州广明电表厂电键- - 三、试验原理 测量公式及其它示意图 ：用伏安法测电阻时,除了因使用的电流表和电压表精确度不高带来的误差外,线路本身仍存在不行防止的误差；在伏安法线路上经过改良的电桥线路克服了这些缺点；它不用电流表和电压表因而与电表的精确度无关,而是将待测电阻和标准电阻相比较以确定待测电阻是标准电阻的多少倍；由于标准电阻的误差很小,电桥法测电阻可到达很高的精确度；在如图 1 所
3、示的电路中, 假如 Rx、R0、R1 及 R2各电阻的阻值是任意选定的,就检流计中可能有电流Ig 通过,但是,假设四个电阻值选配得适当时,可使检流计无电流通过, 即 Ig=0,此时 C、D 两点的电位相等, 于是 VAC=VAD,V CB=V DB,设通过 ACB 一路的电流为 I1,通过 ADB 一路的电流为 I2,就有：名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 上海电力学院物理试验室I1R1 = I 2R2和I1Rx = I2 R0以上两式相除得Rx = R 0R 1R 2上式可写成 Rx = R R0 = N R0 1
4、 R 2图 1 惠斯通电桥示意图；假设 R1、R2和 R0 为标准电阻, Rx 为待测电阻,就由上式可知,待测电阻的阻值可用三个标准电阻的阻值表示出来,式中 N 称为比率系数； 一般将电阻 R1、R2、R0 和 Rx 叫做电桥的 “臂”,将接有检流计的对角线 CD 称为 “桥”,当桥上没有电流通过时 Ig=0,就称电桥到达平稳； 1式称为电桥的平稳条件；可见,电桥的平稳与工作电流大小无关,因此调剂电桥到达平稳有两种方法；一种是保护比较臂不变,调剂比率系数N倍率的值；后一种方法精确度很低；目前广泛采纳具有特定比率系数值的前一种方法；当检流计足够灵敏时, 被测电阻的精确度只与R0 的精确度和 R1
5、/R2 有关；采用交换法可以排除由于 R1/R2 的误差对 RX 带来的影响； 其方法是当电桥平稳时,登记比较电阻的数值 Rx,然后在 R1 和 R2 不变的情形下,交换 RX和 R0的位置,重新调整比较电阻的数值使电桥到达新的平稳；假设此时比较电阻的示值为 R0 ,就有：与等式 Rx = Rx = R R0 2 R 2R R0 联立,可得：R 2 R 0R 03RX可见,Rx 的数值只与比较电阻有关,完全排除了R1/R2 的误差对测量结果的名师归纳总结 影响；试验中发觉,当N 为 1 或与 1 相去不远时采纳交换法比较便利；第 3 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - -
6、 - - - - - - - 上海电力学院物理试验室四、试验内容与步骤：1、自组惠斯通电桥测电阻将待测电阻 Rx、三个电阻箱 R1、R2、R0、检流计 G、滑线变阻器及电源如图 1 所示连接；设置N 为 1即 R1、R2 阻值相等,闭合电键,观看检流计偏向,增大或减小比较电阻,再闭合电键,观看检流计偏向,使通过检流计的电流 逐步为零并最终为零；登记此时比较电阻的阻值示数 R0；保持 R1、R2 阻值大小及位置不变,交换待测电阻和比较电阻的位置,同上 重新调剂比较电阻使电桥平稳,登记此时比较电阻的阻值示数 R0 ；留意：1、滑线变阻器的滑片尽量放在滑线中心,防止加在电桥上的电压过大或过小；2、接
7、通电源, 观看检流计指针偏转方向及幅度,以爱护检流计；假设偏转很大应立刻断开电源,3、电桥将达平稳时,可以短路检流计上的爱护电阻以提高电桥的灵敏度；2、用箱式电桥测电阻 本试验采纳 QJ-23 型携带式直流电桥；箱式电桥可用外接电源,也可用内接电源,左边的接线柱“B” 是用来接外接电源的；本试验使用内接电源,因此在“B” 处不要再接入电源,短接即可；箱式电桥的检流计可以用外接检流计,也可以用内接检流计,左下方的接线柱“G” 处有以活动短路片,如需外接灵敏度高的检流计时,“ 内接” 检流计用短路片短路,在接线柱上接入外部检流计即可；本试验采纳内部检流计,因此,要用短路片将“ 外接” 短路此时接线
8、柱间露出“ 内接” 字样,内部检流计接入线路；检流计上有零点调剂旋钮,用来调剂没有电流通过时的零点；检流计右侧下的两个按钮开关 B、C 分别与电源及检流计串联,相当于滑线式电桥中的电源开关和检流计开关,按下 B 接通电源,按下 G 接通检流计,按下后朝顺时针方向旋转可以锁住；1、将箱式电桥面板上左边的G 内接,指针自由摇摆,假设指针不停在零点,可名师归纳总结 以轻轻旋转检流计零点调剂旋钮C,使指针停在零点；第 4 页,共 9 页2、将待测电阻接到Rx 的两个接线柱上；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 上海电力学院物理试验室3、估量被测电阻的阻值,然后将
9、比例臂旋转至适当的比率系数保证测量结果有四位有效数字；4、先按下按钮 B接通电源再按下按钮G放开时应先放 G,再放 B；B、G按下的时间不能太长 ,看检流计指针是否偏转假设偏转大,应立刻放开 G、B,按阻值从大到小调剂 R0,直到检流计偏转为零；登记此时的比率系数 N 和R0的数值,就待测电阻 Rx=N* R0；5、按上述方法测量另一个待测电阻；6、测量完毕,必需放开G 和 B,左边检流计接至“ 外接”；留意：1、比率系数的选取,要使测量值的有效数字最多即四个电阻旋钮都要用到2、测量前,检查检流计的指针是否归零；3、按下检流计按钮G 的时间要短,观看一下检流计指针偏转情形,即松开G,再松开 B
10、；4、观看电桥平稳后,仍应将 响而确认电桥平稳G按钮按下又松开反复几次,以防止电磁阻尼的影5、试验终止,肯定要松开按钮G、B,将短路片短接“ 内接”；五、试验数据记录：待测电阻 RX1RX2自 第一次 102 103 组电 其次次 10 3 10 4 桥几何均值 102 104 箱 比率 N 1 10 式电 R0 10 3 103 桥3 4 RXN R0 10 10RXR X R * 1.001 0.002 102 1.012 0.006 104* 依据箱式电桥标注,当 N =1 时,电桥精度为 0.002；当 N =10 时,电桥精度为 0.005；R X= R 精度,当 不是一位数时,R
11、X R X提取公因式 10 n,以保持一位有效数字的误差如上数据显示；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 上海电力学院物理试验室数据处理1、自组电桥RX R 0R 0RX1=9 . 83.10025 109 . 921024RX2=.9 951 . 0307 101 . 012102、箱式电桥RX = N * R 0 RX1 = 1 103 = 103 RX2 = 10 10 3 = 10 4 试验室给定RX=R 精度RX1 103 103RX2 10 4 6 10 4所以RX1=1.001 0.002 10 3 RX
12、2 =1.012 0.006 104 六、预习题：1、何谓电桥得四个“ 臂”,请在滑线式电桥中指出这四个“ 臂”；答: 图 1 中电阻 R1、R2、Rx和 R0 称为电桥的四个臂；2、何谓比率系数,在自组式电桥及箱式电桥中这个系数怎样确定？答: 电桥的比率系数为R 1,自组式电桥的比率系数R1、R2 之比来表示；R 2箱式电桥中可直接旋动比率钮设置；3、惠斯通电桥所测量电阻的范畴是什么？答: 惠斯顿电桥可精确测量109999 欧姆的中值电阻；4、与伏安法相比,用电桥法测电阻有什么优点？为什么？答: 与伏安法相比,用电桥法测电阻有以下优点：防止因使用的电流表和电压表精确度不高带来的误差,克服线路
13、本身不行防止带来的误差；电桥法测电阻可到达很高的精确度；5、试简述试验过程；答: 详见原理部分；6、调剂电桥平稳有那几种方法,本试验采纳哪一种？名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 上海电力学院物理试验室答: 调剂电桥平稳有这两种方法：第一种：取比率系数N为某一值,调剂比较臂R0,使电桥平稳；其次种：保持比较臂R0 固定,调剂比率系数N的值,使电桥平稳；本试验采纳第一种方法；7、何谓电桥平稳？其标志是什么？电桥平稳的条件是什么？答: 其标志是：检流计指针在零刻度线；电桥平稳条件为：Rx = R 0R 或 Rx = R 2
14、R R0 = N R0R 28、滑线式电桥试验中将Rx 与 R0 互换位置后,重新测量的目的是什么？答: 为了克服 R1、R2电阻箱系统误差给测量带来的影响,提高测量精度；9、本试验用箱式电桥测电阻时,用的是外接电源仍是内接电源？用内接检流计仍是外接检流计？答: 本试验用箱式电桥时,用内接电源和内接检流计；10、箱式电桥的两个按钮B、G各起什么作用？使用时要留意些什么？答: 箱式电桥中按钮 B,相当于自组电桥中的电源开关 接通工作电源 E 的开关 ；按钮 G相当于自组电桥中的检流计开关接通检流计的开关；当测量时,先按 B接通电源 E,再按 G,；测量完毕,应先放 G,再放 B；七、预习摸索题：
15、1、 在自组惠斯通电桥中,检流计支路中的爱护电阻起什么作用？如何使用调节？答：起到一个爱护作用,当电桥严峻不平稳时,旋至大阻值处以爱护检流计不至于过流,而当电桥接近平稳时,应置于零值位置以提高灵敏度；2、假如按图 5-4 连成电路,接通电源后,1检流计指针总是向某一方向偏转；2不偏转,分析这两种情形下电路故障的缘由？答：1工作电源稳压电源无电压输出；2工作电源稳压电源有电压输出,但无电流输出,其产生的影响与 1 相同；在这种情形下, 检查由滑线变阻器的分电压是否加在图 1 所示的 AC两点,加在 AB AD BC DC点都无法使电桥平稳；名师归纳总结 3工作电源电压输出过高或过低；试验时工作电
16、源的电压取56V；第 7 页,共 9 页3、QJ-23 型电桥能否测以下各电阻, 假如可能, 相应比率臂和标准电阻R 应分- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 上海电力学院物理试验室别取什么值？假设比率挑选不合适,对结果有何影响？设 Rx;17500;7243;330 M. 答：、330M不行以；R 1690；069相应比率臂和标准电阻相应比率臂和标准电阻R 应分别取： 0.01 和 6780；17500 相应比率臂和标准电阻 R 应分别取： 10 和 1750；7243 相应比率臂和标准电阻 R 应分别取： 1 和 7234；假设比率挑选不合适, 会给试
17、验结果带来很大的误差,由于不同的比率有不同的精确度相对应见 P51 表 5-1 ；4. 用自组电桥测一组值约为 250 的电阻,假设比率选 1:100 ,可否采纳交换法进行测量？答：不行以,在试验中会发觉,当比率为1 或与 1 相去不远时采纳交换法比较便利,而比率与 1 相比差得较大,就交换前后 R 与 R 必定相差很大,受试验条件的限制 R 与 R 可能很难保证都有足够的有效数字；同时,由试验发觉,假如比率相差太大,R 与 R 相差也特别大；在试验中宜采纳 1:1 或 1:10.八、试验中可能显现的故障及排除方法：1、接通电源后,检流计指针不偏转,产生这种故障的可能性：答: 1电源无电流流出,或无电压加在电桥上,如滑线变阻器断裂；2检流计的导线断裂；3检流计是否坏；2、不管怎样调剂 Rs,检流计指针总是向某一方向偏转：答：1四个“ 桥臂” 上的导线断裂；2电压没有加在 情形AC两点参看图 1,而是加在 AB AD BC DC等几种名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 上海电力学院物理试验室九、参考教材、文献1、陈发堂、邹乾林等编, 高校物理试验教程 ,上海电力学院；名师归纳总结 2、马葭生,宦强主编, 高校物理试验,华东师范高校出版社,1997；第 9 页,共 9 页- - - - - - -