惠斯通電橋?qū)嶒?yàn)報(bào)告.doc

1、惠斯通電橋?qū)嶒?yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱:惠斯通電橋測(cè)量電阻(1)了解惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理。(2)掌握惠斯通電橋測(cè)量電阻的方法。(3)了解橋梁靈敏度的概念及其對(duì)橋梁測(cè)量精度的影響。二、 實(shí)驗(yàn)儀器滑線電橋、盒式電橋、檢流計(jì)、 電阻箱、 滑動(dòng)電阻、被測(cè)電阻、電源、開關(guān)、導(dǎo)線等。三、實(shí)驗(yàn)原理:1 .惠斯通電橋的測(cè)量原理如圖1 所示，它由三個(gè)電阻值已知的電阻R0、 r 組成1 .R2 和待測(cè)電阻Rx 形成一個(gè)四邊形，每一側(cè)稱為橋臂，電源E連接在對(duì)角A 和對(duì)角 B 之間， 檢流計(jì) G 連接在對(duì)角C 和對(duì)角 D 之間適當(dāng)調(diào)整R0、 r2 .R2 的電阻值可以使檢流計(jì)G 中沒有電流流動(dòng)，即C 和 D 的電位相等。這

2、種橋接狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。電橋的平衡條件是(1)，其中比例系數(shù)k 稱為比率或放大率，通常為 r3 .R2 被稱為比率臂，R0 被稱為比較臂。4 .在電橋平衡的情況下，推導(dǎo)出電橋的靈敏度公式(1)， 通過檢流計(jì)指針是否有可察覺的偏轉(zhuǎn)來判斷電橋是否達(dá)到真正的平衡狀態(tài)。檢流計(jì)的靈敏度有限。當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)小于0.1 格時(shí)，人眼很難檢測(cè)到。當(dāng)電橋平衡時(shí)，將某個(gè)電橋臂的電阻設(shè)為R。 如果我們改變R 一個(gè)小的量 H 電橋?qū)⑹テ胶猓虼穗娏鲗⒘鬟^檢流計(jì)。如果電流很小，我們無法檢測(cè)到電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)，我們會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為電橋仍處于平衡狀態(tài)。 為了定量表示檢流計(jì)的誤差，我們引入了電橋靈敏度的概念，定義為(2), SR是電

3、橋平衡后電阻R的微小變化，S謔電阻R變化后偏離平衡位置的檢流計(jì)的晶格數(shù)，因此 s 代表電橋?qū)﹄姌虮垭娮柘鄬?duì)不平衡值SR/R勺響應(yīng)能力。3.滑線惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)如圖2所示。甲、乙、丙是帶接線柱的厚銅片(其電阻可以忽略)。一種長(zhǎng)度為L(zhǎng)、截面積和電阻率均一的電阻絲，其長(zhǎng)度在A 和 B 之間電阻絲上裝有接線柱的滑鍵可沿電阻絲左右滑動(dòng)，并按下滑鍵的任何觸點(diǎn)。此時(shí)，電阻絲被分成兩部分，并且AD 部分的長(zhǎng)度被設(shè)置為L(zhǎng)1 .電阻是R1,分貝的長(zhǎng)度是12 .電阻是R2,所以當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)，有公式(3),其中L1長(zhǎng)度可以從電阻絲下面的儀表刻度讀取，R0 使用十進(jìn)制轉(zhuǎn)盤電阻盒作為標(biāo)準(zhǔn)電阻。此外，電源E 與滑線

4、變阻器re 串聯(lián)，以保護(hù)和調(diào)節(jié)電路。為了消除不均勻電阻絲引起的誤差，可以重新測(cè)量交換器R0 和Rx的位置。也就是說，在確定 Rx之后，保持r1.如果R2 不變 (即點(diǎn) d 的位置不變)，則 R0 和 Rx 的位置顛倒，重新調(diào)整R0 以使電橋達(dá)到平衡，然后是(4)。因此，從等式(5)可以知道 Rx 和 r1、R2(或 l1， L2) ，它只取決于R0 的精度。可以證明，當(dāng)K=R1/R2=1 時(shí)，電橋的靈敏度最高，靈敏度限制引起的誤差最小。顯然， 我們應(yīng)該在這個(gè)最佳條件下進(jìn)行測(cè)量。為此，可以先將點(diǎn)D 放在電阻絲的中間，并調(diào)整R0 的值，使電橋盡可能接近平衡，然后再微調(diào)點(diǎn)D 的位置，使電橋達(dá)到平衡。

5、4.惠斯通電橋是面板左上方的比率臂旋鈕(范圍轉(zhuǎn)換器)，比率臂R1.R2由8個(gè)定位電阻串聯(lián)而成。通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕，對(duì)于總共7個(gè)檔位，倍率K 可以從 0.001 改變到 1， 000。不同倍率下電阻的測(cè)量范圍和精度不同，如表1 所示。面板右側(cè)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻R0 作為比較臂，由四個(gè)十進(jìn)制電阻轉(zhuǎn)臺(tái)組成，最大電阻為9999g電流計(jì)已經(jīng)安裝好了當(dāng)電橋平衡時(shí)，要測(cè)量的電阻可以從等式(1)獲得。表1 不同放大倍率和相位惠斯通電橋電阻測(cè)量的測(cè)量范圍(1)了解惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理。(2)掌握惠斯通電橋測(cè)量電阻的方法。(3)了解橋梁靈敏度的概念及其對(duì)橋梁測(cè)量精度的影響。二、 實(shí)驗(yàn)儀器滑線電橋、盒式電橋、檢流計(jì)

6、、 電阻箱、 滑動(dòng)電阻、被測(cè)電阻、電源、開關(guān)、導(dǎo)線等。三、實(shí)驗(yàn)原理:1.惠斯通電橋的測(cè)量原理如圖1 所示，它由三個(gè)電阻值已知的電R0、 r 組成1 .R2 和待測(cè)電阻Rx 形成一個(gè)四邊形，每一側(cè)稱為橋臂，電源E連接在對(duì)角A 和對(duì)角 B 之間， 檢流計(jì) G 連接在對(duì)角C 和對(duì)角 D 之間適當(dāng)調(diào)整R0、 r2 .R2 的電阻值可以使檢流計(jì)G 中沒有電流流動(dòng)，即C 和 D 的電位相等。這種橋接狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。電橋的平衡條件是(1)，其中比例系數(shù)k 稱為比率或放大率，通常為 r3 .R2 被稱為比率臂，R0 被稱為比較臂。4 .在電橋平衡的情況下，推導(dǎo)出電橋的靈敏度公式(1)， 通過檢流計(jì)指針是否有

7、可察覺的偏轉(zhuǎn)來判斷電橋是否達(dá)到真正的平衡狀態(tài)。檢流計(jì)的靈敏度有限。當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)小于0.1 格時(shí)，人眼很難檢測(cè)到。當(dāng)電橋平衡時(shí)，將某個(gè)電橋臂的電阻設(shè)為R。 如果我們改變R 一個(gè)小的量 H 電橋?qū)⑹テ胶猓虼穗娏鲗⒘鬟^檢流計(jì)。如果電流很小，我們無法檢測(cè)到電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)，我們會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為電橋仍處于平衡狀態(tài)。 為了定量表示檢流計(jì)的誤差，我們引入了電橋靈敏度的概念，定義為(2), SR是電橋平衡后電阻R的微小變化，S謔電阻R變化后偏離平衡位置的檢流計(jì)的晶格數(shù)，因此 s 代表電橋?qū)﹄姌虮垭娮柘鄬?duì)不平衡值SR/R勺響應(yīng)能力。3.滑線惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)如圖2所示。甲、乙、丙是帶接線柱的厚銅片(其電阻可以忽略)

8、。一種長(zhǎng)度為L(zhǎng)、截面積和電阻率均一的電阻絲，其長(zhǎng)度在A 和 B 之間電阻絲上裝有接線柱的滑鍵可沿電阻絲左右滑動(dòng)，并按下滑鍵的任何觸點(diǎn)。此時(shí)，電阻絲被分成兩部分，并且AD 部分的長(zhǎng)度被設(shè)置為L(zhǎng)1 .電阻是R1,分貝的長(zhǎng)度是12 .電阻是R2,所以當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)，有公式（3）,其中L1長(zhǎng)度可以從電阻絲下面的儀表刻度讀取，R0 使用十進(jìn)制轉(zhuǎn)盤電阻盒作為標(biāo)準(zhǔn)電阻。此外，電源E 與滑線變阻器re 串聯(lián)，以保護(hù)和調(diào)節(jié)電路。為了消除不均勻電阻絲引起的誤差，可以重新測(cè)量交換器R0 和Rx的位置。也就是說，在確定 Rx之后，保持r1.如果R2 不變（即點(diǎn)d 的位置不變），則R0 和 Rx 的位置顛倒，重新

9、調(diào)整R0 以使電橋達(dá)到平衡，然后是（4）。因此，從等式（5）可以知道 Rx 和 r1、R2（或 l1， L2） ，它只取決于R0 的精度。可以證明，當(dāng)K=R1/R2=1 時(shí)，電橋的靈敏度最高，靈敏度限制引起的誤差最小。顯然， 我們應(yīng)該在這個(gè)最佳條件下進(jìn)行測(cè)量。為此，可以先將點(diǎn)D 放在電阻絲的中間，并調(diào)整R0 的值，使電橋盡可能接近平衡，然后再微調(diào)點(diǎn)D 的位置，使電橋達(dá)到平衡。4.惠斯通電橋是面板左上方的比率臂旋鈕（范圍轉(zhuǎn)換器），比率臂R1 .R2由8個(gè)定位電阻串聯(lián)而成。通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕，對(duì)于總共7個(gè)檔位，倍率K 可以從 0.001 改變到 1， 000。不同倍率下電阻的測(cè)量范圍和精度不同，如表

10、1 所示。在面板的右側(cè)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻R0 作為比較臂，由當(dāng)電橋平衡時(shí)，要測(cè)量的電阻可以從等式(1)獲得。表1 不同量程的測(cè)量范圍和相位：L1R0SRSn電阻 150.0cm4284.9 3 4370.2 3 0.3 3 硼極0阻 250.0cm43.8 Q 43.3 Q 0.2 搬 3.8 極2 .箱形橋:乘法器 KR0 電阻 10.12999 3電阻 20.013495 3六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:1 .滑線惠斯通電橋(1)電阻1:電阻箱的相對(duì)不確定度待測(cè)電阻的相對(duì)不確定度待測(cè)電阻的不確定度為(2)電阻2:電阻箱的相對(duì)不確定度被測(cè)電阻的相對(duì)不確定度被測(cè)電阻的不確定度被測(cè)電阻的電阻值2。箱形橋(1)電阻1:從表 1 中可以看出待測(cè)電阻的電阻值。當(dāng) K=0.1 時(shí)， 電橋的相對(duì)不確定度為0.2%。待測(cè)電阻的不確定度是待測(cè)電阻的電阻值(2)電阻2:從表 1 中可以看出待測(cè)電阻的電阻值。當(dāng)K=0.01 時(shí)，電橋的相對(duì)不確定度為待測(cè)電阻不確定度的0.5%。待測(cè)電阻的電阻值七、實(shí)驗(yàn)誤差分析1 .檢流計(jì)的靈敏度越高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差越小。因此，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡可能選擇