用單臂電橋測電阻雙臂電橋測小電阻及溫度系數(shù)_圖文

1、直流單臂電橋(惠斯通電橋測電阻用雙臂電橋(開爾文電橋測小電阻及溫度系數(shù)摘要:電橋電路是電磁測量中電路連接的一種基本方式。由于它測量準(zhǔn)確、方法巧妙,使用方便,被廣泛地應(yīng)用在儀器的設(shè)計和物理量的測量中。直流電橋是用來測量電阻和與電阻有光的物理量的儀器,待測電阻為中值電阻時,用單臂電橋(惠斯通電橋,待測電阻為低值時用雙臂電橋(開爾文電橋;交流電橋只要用來測量電容、電感等物理量。本實驗用霍斯通電橋測銅電阻,求銅的溫度系數(shù),用開爾文電橋測電阻,求銅的電阻率。關(guān)鍵詞:單臂電橋(惠斯通電橋雙臂電橋(開爾文電橋電阻電阻率溫度系數(shù)Abstract: The bridge circuit is the elect

2、romagnetic measurement of circuit connection in a fundamental way. Because it is an accurate measurement, a clever, easy to use, is widely applied in the design of the instrument and measurement of physical quantities. Direct current bridge are used to measure resistance and optical instruments of p

3、hysical quantities with the resistance, to be measured when the resistance is resistance, with a single arm electric bridge ( Wheatstone bridge , measurement of resistance for low value with double bridge ( Kelvin bridge ; AC bridge as long as the physical quantity used to measure capacitance, induc

4、tance,. This experiment with horse power bridge copper resistance, and temperature coefficient of copper, measuring resistance with Kelvin bridge, and the resistivity of copper. Keywords : single arm electric bridge ( Wheatstone bridge double bridge ( Kelvin bridge in the temperature coefficient of

5、resistivity of low resistance resistorsKeywords : Single arm electric bridge ( Wheatstone bridge Double bridge ( Kelvin bridge Resistance Electrical resistivity Temperature coefficient一、理論分析1.單臂電橋測電阻原理 惠斯通電橋是惠斯通于1843年提出的電橋電路。它由四個電阻和檢流計組成,R N為精密電阻,R X為待測電阻(電路圖如右圖。接通電路后,調(diào)節(jié)R1、R2和R N,使檢流計中電流為零,電橋達(dá)到平衡,此時

6、有R X=R I R N/R2。2.雙臂電橋測電阻原理開爾文電橋是惠斯通電橋的變形,在測量小阻值電阻時能給出相當(dāng)高的準(zhǔn)確度。其結(jié)構(gòu)如圖3所示,其中R1、R2、R3、R4均為可調(diào)電阻,R X為被測低電阻,R N 為低值標(biāo)準(zhǔn)電阻。 與惠斯通單電橋?qū)Ρ?開爾文電橋做了兩點重要改進(jìn).: 增加了一個由R2、R4組成的橋臂。 R N 和R X 由兩端接法改為四端接法。其中P 1P 2構(gòu)成被測低電阻R X ,P 3P 4是標(biāo)準(zhǔn)低電阻R N ,P 1P 2 、P 3P 4常被稱為為電壓接點,C 1C 2、C 3C 4稱為電流接點。保證R 3/R 1=R 4/R 2:a.選定兩組橋臂之比為M=R 3/R 1=R

7、 2/R 4,將R N 做成可變的標(biāo)準(zhǔn)電阻,調(diào)節(jié)R N 使電橋平衡;b.選定R N 為某固定阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻并選定R 1=R 2為某一值,聯(lián)調(diào)R 3與R 4使電橋平衡。R X 的計算:調(diào)節(jié)R 1、R 2、R 3、R 4使電橋平衡。此時,I g =0,I 1 = I 3,I 2 = I 4,I 5= I 6,V B = V D ,且有三式聯(lián)立求解得 3.導(dǎo)體的電阻率導(dǎo)體的電阻與長度L 成正比,與橫截面積S 成反比,即R=L /S其中,比例系數(shù)為導(dǎo)體的電阻率。則=RS/L 4.導(dǎo)體的溫度系數(shù)任何物質(zhì)的電阻都與溫度有關(guān),多數(shù)金屬的電阻隨溫度升高而增大,有如下關(guān)系:1(0t R R R t +=,式中R

8、 t ,、R o 分別是t 、O 時金屬的電阻值,R 是電阻溫度系數(shù),其單位是-1。R 一般與溫度有關(guān),但對于實驗用的純銅材料來說,在-50100的范圍內(nèi),R 的變化非常小,可當(dāng)作常數(shù),即R t 與t 呈線性關(guān)系。若以溫度t 為橫坐標(biāo),以相應(yīng)的電阻R 為縱坐標(biāo)作圖得到一條直線,由圖可的直線在縱軸的截距0R 和斜率m,(或者用最小二乘法求出0R 和m于是溫度系數(shù)為=m/0R與金屬導(dǎo)體不同,由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻,在溫度變化不大的范圍內(nèi),其電阻隨溫度升高而減小,變化規(guī)律不是線性的,而是按指數(shù)規(guī)律減小.其關(guān)系式為:二、實驗過程 1.測量銅的電阻率取五根不同長度的厚度為a=1mm 銅片(長方體模型

9、,測量其長度,分別記為1L ,2L ,3L ,54,L L ,然后測量相應(yīng)寬度,分別記為,54321.,b b b b b , 用雙臂電橋測量各組銅片電阻(圖為直流雙臂電橋面板圖,分別記為54321,R R R R R 。由=RS/L=Rab/L 計算出電阻率,求平均值。注意:1注意調(diào)節(jié)檢流計在零位置,在將靈敏度調(diào)到最低位置。T eR R 0=2測量電阻時,調(diào)節(jié)順序是先粗調(diào)后細(xì)調(diào),及先找倍率,調(diào)節(jié)步進(jìn)讀數(shù)旋鈕和劃線盤,直至電橋平衡并適當(dāng)增加檢流計的靈敏度。2.測量銅的溫度系數(shù) (1待測電阻Rx接線柱;(2檢流計按鈕開關(guān)G:按下時檢流計接通電路,松開(彈起時檢流計斷開電路;(3電源按鈕開關(guān)B:按

10、下時電橋接通電路,松開(彈起時斷開電路;(4檢流計;(5檢流計調(diào)零旋鈕;(6外接檢流計接線柱;(7外接電源接線柱;(8比例臂(9比較臂(提供比例。實驗中測量銅的溫度系數(shù)時,我們采用箱式電橋(上圖為箱式電橋面板測量不同溫度下銅的電阻。連好線路后,先將銅加熱至60,然后讓其冷卻,每降5測量一次電阻,共測量6組,并列表記錄數(shù)據(jù)。以溫度t為橫坐標(biāo),以相應(yīng)的電阻R為縱坐標(biāo)作圖,利用最小二乘法求出直線在縱軸的截距R和斜率m, 由=m/0R求的銅的溫度系數(shù)。注意:1使用前仔細(xì)閱讀儀器介紹,根據(jù)待測電阻阻值的大小選擇適當(dāng)?shù)谋壤?選擇標(biāo)準(zhǔn):使用比較臂的四個旋鈕都用上,可保證盡可能多的有效數(shù)字。2接好線路后,經(jīng)

11、檢查無誤后方可通電實驗,注意電源電壓。3檢流計為靈敏易損儀器,請輕拿輕放,測量使用躍接法。3.測熱敏電阻的隨溫度的變化熱敏電阻在不同溫度下阻值的測量方法與測量銅的溫度系數(shù)相同,兩者同時測量。記錄數(shù)據(jù),并繪制熱敏電阻隨溫度變化的曲線。三、實驗結(jié)果 1、銅電阻率a = 1 mm =310-m , 由=RS/L=Rab/L 計算出電阻率 -=51=51i i =51(6.19+5.98+6.10+6.00+6.00 ×810-=6.054×10-m 2、銅的溫度系數(shù) 數(shù)據(jù)記錄 根據(jù)表格作R-T 圖 根據(jù)最小二乘法 T = 6 (60+55+50+45+40+35=47.5 - - 1 R = 6 (59.46+60.47+61.54+62.66+63.59+64.76=62.08 1 TR = 6 å TR =2964.2 1 _ 1 6 - T 2 =2329.2 m= 47 . 5 ´ 62 . 08 - 2964 . 2 47 . 5 - 2329 . 2 2 - - =0.21 / R O = R - m T =62.08-0.21×47.5=52.105 故 = m =0.25/52.105=4.03× 10 - 3 - 1 0 R 3、熱敏電阻的隨溫度的變化 數(shù)據(jù)表格 T / R / 60 68