實驗四 用單雙臂電橋測電阻

1、實驗四 用單雙臂電橋測電阻預(yù)習(xí)重點(diǎn)1 電橋的平衡條件和靈敏度。2 電橋測電阻時怎樣消除系統(tǒng)誤差和實現(xiàn)最佳測量條件。3 箱式電橋的使用方法。 實驗?zāi)康? 學(xué)習(xí)和掌握單雙臂電橋測電阻的原理和方法。2 分析并觀察電橋線路可能出現(xiàn)的故障。3 用箱式電橋測電阻。實驗原理一、 單臂電橋1 電橋的結(jié)構(gòu)和平衡條件 電阻是一切電學(xué)元件的重要參數(shù)之一，因此測電阻就成為一種最基本的電學(xué)測量。測電阻的方法很多，本實驗用單臂電橋測電阻，這種方法測量簡便而且準(zhǔn)確度高。 單臂電橋的原理電路如圖2.4.1，電阻Rx、R、R和R連成一個四邊形，每一邊稱為電橋的一個橋臂。以四邊形對角頂點(diǎn)A、B作為輸入端，與電源E相連；另兩頂點(diǎn)C

2、、D作為輸出端，與檢流計相連。檢流計用來比較兩輸出端的電位，檢驗有無電流輸出。支路A-E-B和C-G-D稱電橋的兩個橋路。電橋的平衡條件：設(shè)Rx是待測電阻，其他三個是已知電阻，且可調(diào)其阻值。只調(diào)R，或調(diào)R和R的比值，就可使C、D兩點(diǎn)電位相等，電橋無輸出，通過檢流計的電流I為零（指針不偏轉(zhuǎn)），這種狀態(tài)稱為電橋平衡。此時，通過R和R的電流相同，設(shè)為I，通過R和Rx的電流也相同，設(shè)為I,四個橋臂上的電壓有如下關(guān)系：U=U，U=U即 IRx= IR，IR= IR兩式相除，得平衡條件：、或RxR= RR （2.4.1）即任一相對兩個橋臂上電阻的乘積等于另外兩個相對橋臂上電阻的乘積。 由平衡條件得待測電阻

3、： Rx= （2.4.2） 式中R和R稱為比例臂，R稱為比較臂。 圖2.4.1 單臂電橋原理電路圖 根據(jù)（2.4.2）式，測Rx時有兩種調(diào)平衡的方法：一種是選一比例臂的比率（倍率）R/R，調(diào)比較臂電阻R；另一種是選定比較臂電阻R，調(diào)比例臂電阻之比R/R，當(dāng)R/R=1時，Rx=R，電橋就好似一架等臂天平，Rx與R分別相當(dāng)于待測質(zhì)量和砝碼。R/R1的情況，則如一個桿秤。 2電橋的靈敏度電橋平衡后，若改變?nèi)我粯虮垭娮?，必然會破壞平衡，使檢流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。設(shè)電橋平衡后，將某一橋臂R改變一小量R，引起檢流計偏轉(zhuǎn)為n，則定義電橋靈敏度為 （2.4.3） 二、 箱式電橋本電橋為單臂雙臂兩用電橋， 通過開關(guān)

4、轉(zhuǎn)換，可以方便地用單臂電橋方式測量110的電阻；用雙臂電橋方式測量1010的電阻。 單臂電橋的原理前面已經(jīng)作了描述，不再做介紹。單臂電橋測中值電阻是較精確的儀器，然而測10以下低阻時由于與待測電阻有導(dǎo)線連接，這樣導(dǎo)線電阻、接觸電阻的影響相對較大，已與待測電阻相比不能忽略。要消除這兩方面的影響就需要改進(jìn)電路設(shè)計，由此從單臂電橋的基礎(chǔ)上發(fā)展成為雙臂電橋。如圖2.4.2所示，電路中Rx為待測低電阻，Rs為比較用的標(biāo)準(zhǔn)電阻。、組成電橋雙臂電阻，且阻值較大（10）。設(shè)橋路中、處的導(dǎo)線電阻、接觸電阻分別為、，它們作為附加電阻加入、橋臂電阻中，則R14r14（約10-210-5），且r/R很小，其影響可忽略

5、不計。至于C1、C2、D1、D2處的導(dǎo)線電阻和接觸電阻（總稱附加電阻）在電橋的外路上，與電橋平衡無關(guān)。設(shè)r為C2D2間附加電阻的總和，且C2和D2間用短而粗的導(dǎo)線連接。實驗表明，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)、和Rs的阻值，就可以消除r對測量結(jié)果的影響。 圖2.4.2雙臂電橋電路原理圖 雙臂電橋中，電阻Rx和比較用的標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs都有四個接線端，如圖2.4.3，即電流接頭和電壓接頭分開，從而可以把各部分的導(dǎo)線電阻和接觸電阻分別引入檢流計回路或電源回路中，使它們或者與電橋平衡無關(guān)，或者被引入大電阻的支路中，目的是大大減小導(dǎo)線電阻和接觸電阻的影響，這類接線方式的電阻稱四端電阻。由于流經(jīng)C、C的電流較大，C、C常稱“電

6、流端”， 流經(jīng)P、P的電流較小，P、P常稱“電壓端”。 圖2.4.3 電阻器四端接法示意圖實驗內(nèi)容一 、用單臂電橋測未知電阻1由3個電阻箱與1個待測電阻按圖2.4.1接線組成單臂電橋，把1# 待測電阻Rx接到橋臂的左端，打開開關(guān)，把保護(hù)電阻滑線變阻器Rs取為最大。取比例臂電阻R1/R2=1，要求R1100，然后合上開關(guān)，調(diào)節(jié)R的阻值使檢流計指示為零，由于保護(hù)電阻Rs為最大，此時電橋的靈敏度較低，電橋可能并未實現(xiàn)平衡，需要減小保護(hù)電阻Rs以提高電橋的靈敏度，再看檢流計是否指示為零，不是則需要調(diào)節(jié)R使檢流計指示為零。最后要把保護(hù)電阻Rs取為零（即電橋靈敏度最高），再調(diào)節(jié)R的阻值使檢流計指示為零，如

7、果單調(diào)節(jié)R不能使檢流計恰好指零，則需要調(diào)節(jié)R1或R2使檢流計指示為零。在此條件下測電橋的靈敏度，給R一個較小的改變量R，由于電橋失去平衡，檢流計指示不為零，記錄指針的最大偏轉(zhuǎn)格數(shù)。為了提高測量的準(zhǔn)確度，把待測電阻Rx換接到橋臂的右端，再按照步驟2測量1次。 2用單臂電橋測電阻2# 電源線連到市電上，打開后板上開關(guān)，預(yù)熱10分鐘后，靈敏度調(diào)至最小，調(diào)零使表頭指針指零。S開關(guān)打向“單”位置，用導(dǎo)線將被測電阻連接到“Rx”兩個接線端子上，按表2.4.1推薦的方案，根據(jù)Rx估計值，選擇適宜的M值（倍率值），盡可能使R的“”盤有一個字。將“內(nèi)接、外接”開關(guān)打向“內(nèi)接”，按下G開關(guān)和B開關(guān)。從高到低，調(diào)節(jié)R各盤值，使表頭指針歸零或接近零，使電橋平衡或接近平衡。將靈敏度逐漸調(diào)至最大，電橋平衡后，測試完畢，抬起B(yǎng)開關(guān)，G開關(guān)，按下式計算被測電阻值：Rx=MR3用雙臂電橋測電阻3# 10以下電阻測定應(yīng)用雙橋法測量。 被測電阻按四端方式（見圖2.4.7）連接到儀器的C、P、P、C端子上，估計被測電阻值，按表2.4.1推薦方案，選擇好Rs（雙橋方式下內(nèi)附的標(biāo)準(zhǔn)電阻）及M（僅有、供選擇）