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1、实实验验十十直直流流电电桥桥测测电电阻阻电桥是一种用电位比较法进行测量的仪器,被广泛用来精确测量许多电学量和非电学量,在自动控制测量中也是常用的仪器之一;按照用途电桥可分为平衡电桥和不平衡电桥；按照使用的电源又可分为直流电桥和交流电桥;直流电桥是用来测量电阻或与电阻有关的物理量的仪器,待测电阻在 11000K时,可用单臂惠斯登电桥；若测量 1以下的低电阻时,则必须使用双臂凯尔文电桥;交流电桥万能电桥主要用来测量电容、电感等物理量;实验目的实验目的1、掌握用电桥测量电阻的原理和方法;2、学会使用单臂及箱式惠斯登电桥测量电阻;实验原理实验原理1 1、单臂电桥原理单臂电桥原理惠斯登电桥单臂电桥是最常
2、用的直流电桥,其电路原理图如图 101 所示;R1IgGI1BRsC图中R1、R2和Rs是已知阻值的标准电阻,它们和被测电阻Rx连成一个四边形,AK2每一条边称作电桥的一个臂R2;对角 A 和 C 之间接电源 E；对角 B 和 D 之间接有电流RxI2,它像桥一样;若调节R使桥两端的 B 点和 D计 G 和电键 K,电键上有k保护电阻sK1DE点电位相等,电流计中电流为零,电桥达到平衡,这时可得I1R1 I2R2 101图 101 单电桥原理I1Rs I2Rx102两式相除可得R xR2Rs 103R1只要电流计足够灵敏,等式 103 就能成立,被测电阻Rx可以从R1、R2和Rs三个已知的标准
3、电阻求得;这一过程相当于把Rx和标准电阻相比较,因而测量的准确度较高;图 102 QJ23 型直流电桥线路本实验中采用 QJ23 型便携式单臂电桥,它的实际电路图见图 102,面板结构如图 103 所示;电桥各部件的作用及特点说明如下：1 比率臂 K 相当于图 101 中的R2和R1,由 8 个精密电阻组成,其总阻值为 1K,度盘示值K=位;2 测量臂Rs由四个十进位电阻盘组成,最大阻值为 9999,调节 K 和Rs使电桥平衡时,被测电阻值为Rx k Rs 1043 端钮 X1和 X2接被测电阻,B+和 B-、G+和 G-分别为外接电源、外接检流计用的接线端钮;4 检流计 G,其灵敏度约 31
4、0-6A/div,内阻近百欧姆,用以指示电桥平衡与否;检流计上有调零旋纽,测量前应预先调好检流计零位;实验中,我们把引起仪表示值可觉察变化的被测量的最小变化值叫灵敏阀或叫分辨率,这里取分格所对应的电流值作为检流计的灵敏阀;5 电源及检流计开关,B 是电源按钮开关,实验中不要将此开关按下锁住,以避免电流热效应引起的阻值变化,而影响仪器测量精度,并且还可以防止电池很快耗尽;检流计按钮开关 G 一般只能跃按,以避免非瞬时过载而引起的损坏;另有一种R2,即比率,分为从 到1000共七档;图102中各电阻均以为单R1QJ24 型电桥,它多了一个 G1开关,它的作用是测量中先按下 G1粗调,这时有分流电阻
5、与检流计并联,粗调平衡后再按开关 G 细调平衡;增设开关 G1是因为 QJ24型的准确度等级更高、检流计更灵敏的缘故;用电桥测电阻前,通常应先知道或用万用表粗测被测电阻的大约值,然后预设比率盘和测量盘于相应的大约值,再细调 K 和Rs之值求出测量值;2 2、单臂电桥测电阻的误差、单臂电桥测电阻的误差B1000100平衡电桥法测电阻的误差,主要来自两方面：Sb带来的误差（1）电桥灵敏度内接G电桥是否已经平衡,依赖于判断检流计是否指零;因而检流计的灵敏度大小直101外接接影响了判断性;换言之,判断检流计是否指零所产生的误差决定了电桥的灵敏度;图 103 QJ23 型直流电阻电桥电桥平衡时,改变单位
6、电阻检流计的偏转格数称作电桥灵敏度;SbBGR2R105Sb越大,表示电桥越灵敏,判断就越准确;适当提高工作电源电压和选用低电阻的检流计将有利于提高电桥的灵敏度;通常假定仪表标尺的的界限,于是由电桥灵敏度带来的误差为Rb 0.2（2）桥臂电阻带来的误差由于R X210分度为难以分辨1;SbR2RS,可导出求算RX的相对误差为R1RxRRR(1)2(2)2(s)2 106RxR1R2RsX若保持R1和R2比值为 1,把Rs与R二个桥臂位置交换,再调节Rs使电桥平衡;分别测出交换前、后电桥平衡时比较臂Rs的示值Rs1及Rs2,可得到Rx7这样就消除了由R1、R2本身的误差而带来的系统误差;由式 1
7、07 求出Rx的相对误差为RRx1Rs12Rs 108()(s2)2Rx2Rs1Rs2RsRs1 Rs 2 10 RsRx RxRs109Rs12Rs1 Rs2 1010它只与电阻箱RS的仪器误差有关;对级的电阻箱,Rs0.1%Rs 0.002m,m为所使用的电阻箱的转盘数;结论：（1）总误差等于检流计不灵敏误差与桥臂误差之和;即R(Rb)2(Rx)2 1011（2）测量中将某些条件相互交换,使产生的系统误差方向相反,从而抵消测量中的部分系统误差,称作交换法,它是处理系统误差的基本方法之一;实验仪器实验仪器电阻箱、AC5 型直流检流计、稳压电源、待测电阻、滑线变阻器、QJ23 型直流电阻电桥实
8、验内容实验内容1 1、自搭电桥测电阻自搭电桥测电阻用电阻箱自搭电桥,按图 101 原理图接线;在开关 K 上并联一高值电阻 R,以保护检流计;在测试前要考虑以下问题：1 接好线路,拟好实验步骤,经教师检查后方可通电作实验;须特别注意实验中勿超过电阻箱的额定电流;2 调节电桥,使它工作在最灵敏状态;取R2=1,测量待测电阻Rx,并以交换法消除装置不对称引起的系统误差;R12 2、箱式电桥测电阻箱式电桥测电阻应用 QJ23 型直流电阻电桥测量待测电阻值,其原理图如图 102 所示;数据处理数据处理1、自搭电桥,用交换法测出待测电阻值;电阻箱的转盘序号Rx标称值RS1RS2数123最佳估计值估算：不
9、确定度计算：求出：R(Rb)2(Rx)2(结果表示为：RxRx Rx;2、箱式电桥 QJ23 测 Rx的电阻值;序号标称值Rx比率 K实际测值Rx仪器级别 A0.22 Rs2)(Rx)SbRs123不确定度计算：Rx A%RmRm为该比率下电桥的量程结果表示为：RxRx Rx;思考题思考题1、电桥测电阻的原理是什么电桥平衡的条件是什么在具体操作中是如何实现的2、箱式电桥中比率臂的倍率值选取的原则是什么如果没有选择好,对结果有何影响3、为什么电桥上按钮开关要用跃接法操作按钮 B 和 G 的按接顺序是什么4、在通电前,保护电阻 R 与其并联的开关 K 应如何处置在实验中为提高电桥灵敏度,又应如何处置