整理實驗報告惠斯通電橋測電阻

1、肇慶學(xué)院電子信息與機電工程學(xué)院普通物理實驗課實驗報告07級 電子（1） 班 2B 組 實驗合作者 李雄 實驗日期 2008年4月16日 姓名：王英 學(xué)號 25號老師評定惠斯通電橋測電阻實驗題目： 實驗?zāi)康模?1了解電橋測電阻的原理和特點。2 .學(xué)會用自組電橋和箱式電橋測電阻的方法。3 .測出若干個未知電阻的阻值。實驗儀器實驗原理：1.橋式電路的基本結(jié)構(gòu)。電橋的構(gòu)成包括四個橋臂 （比例臂R2和R3,比較臂R4,待測臂 G和工作電源E。在自組電橋線路中還聯(lián)接有電橋靈敏度調(diào)節(jié)器Rg2 .電橋平衡的條件。惠斯通電橋（如圖1 所示）由四個“橋臂”電阻（R2、R3、 E組成。b、d間接有靈敏電流計 G。當(dāng)

2、 此時電橋平衡。所以，電橋平衡的條件是：Rx）, “橋”一一平衡指示器（檢流計） （滑線變阻器）。的靈敏電流計）和一個電源 中無電流流過，指針不偏轉(zhuǎn),Uat=Uad, U bc=U dc,由于平衡時Ig =0，所以b、d間相當(dāng)于斷路，故有可得14=1 3所以R4 R2lx=l 21 xR - |441 3R3 - 1 2R2R2R3二 RsRx 或Rx=R4般把R2R3K 稱為“倍率”或“比率”，于是Rx=KR4般固定比率 K ,調(diào)節(jié)R4使電橋達到平衡。R4、和Rx）、一個“橋”（b、d間所接d兩點電位相等時，靈敏電流計 G b、d兩點電位相等。此時有b、C要使電橋平衡，3 .自組電橋不等臂誤

3、差的消除。_實驗中自組電橋的比例臂（R2和R3 ）電阻并非標(biāo)準(zhǔn)電阻，存在較大誤差。當(dāng)取K=1時，實際上R2與R3不完全相等，存在 較大的不等臂誤差，為消除該系統(tǒng)誤差，實驗可采用交換測量法 進行。先按原線路進行測量得到一個R4值，然后將R2與R3的位置互相交換（也可將 Rx與R4的位置交換），按同樣方法再測一次得到一個R4值，兩次測量，電橋平衡后分別有：RxR4R3=J R4 収4R2聯(lián)立兩式得：Rx由上式可知：交換測量后得到的測量值與比例臂阻值無關(guān)。4 .電橋靈敏度儀器名稱直流電源滑線變阻器1滑線變阻器2檢流計型號DH1718CJ2354J2354AC5/2規(guī)格0-30V 5A100Q1000

4、 Q1 X 10-8A/div電阻箱的型號、規(guī)格及各檔的等級電阻箱型號規(guī)格X10000X 1000X 100X 10X 1X 0.1X 0.01R2ZX38A/1011111Q無0.10.10.20.525R3ZX25a11111Q無0.020.020.050.225R4ZX21a111111 Q0.10.10.20.52.05.0無電橋靈敏度就是電橋偏離平衡狀態(tài)時，電橋本身的靈敏感反映程度。在實際測量中，為了便于靈敏度 的測量和計算靈敏度對測量結(jié)果的影響，多數(shù)用電橋的相對靈敏度，用S表示。其定義為UininS =A R X A R 4R XR 4物理意義：橋臂電阻的單位相對變化所引起的靈敏電

5、流計的偏轉(zhuǎn)格數(shù)。5 .正確使用箱式電橋。本實驗使用的是 QJ23a型電橋，儀器自帶工作電源和檢流計實驗時不需外接（電源和檢流計）。測量時先根據(jù)待測電阻的粗測值（用萬用電表粗測）選取恰當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)（倍率）Kr，選取的原則是在測量時應(yīng)將測量盤電阻 R4的各個刻度盤都用上，保證測量值有足夠的有效數(shù)字，再將金屬柱開關(guān)由“外接”位置換接至“內(nèi)接”位置。儀器面板上標(biāo)有 B、G字母的按鈕，分別表示電源和檢流計開關(guān)，使用時應(yīng)斷續(xù)接通。接通時應(yīng)先按B鈕（先接通電源），再按G鈕（后接通檢流計）；斷開時則應(yīng)先斷 G鈕（先斷開檢流計），再斷開B鈕（后 斷開電源）。測量完畢后應(yīng)將短路金屬柱重新?lián)Q接至“外接”位置上。要嚴(yán)

6、格遵守此操作程序，否則，極 易損壞檢流計。6 .測量中檢流計的保護。檢流計作為平衡指示器，其允許通過的電流非常小，因此在實驗過程中特別強調(diào)保護檢流計。用自組電橋測量時，應(yīng)根據(jù)待測電阻Rx值，調(diào)R4與Rx近似，調(diào)節(jié)電橋平衡時，要遵循先粗后細的原則，粗測時，先將 Rg調(diào)至最大，在電橋支路上串入高阻R減小通過檢流計的電流；初步平衡后，再將Rn調(diào)至最小，并將R短接進行細測。用箱式電橋測量時，應(yīng)根據(jù)待測電阻Rx的值，選取適當(dāng)?shù)谋堵?Kr，并調(diào)Rs與Rx近似，調(diào)平衡時，嚴(yán)格執(zhí)行先接通B （電源），后接通G （檢流計）；先斷開G,后斷B的操作程序，實驗完畢后應(yīng)及時將“內(nèi) 接”短路。7. 自組電橋線路中 Rg

7、的作用。滑線變阻器（Rg）作為限流器串接于電源回路中，不僅用于調(diào)節(jié)橋臂電流的大小，而且還對電橋靈敏 度起著調(diào)節(jié)作用。粗測時，將其阻值調(diào)至最大，使橋臂電流減小，降低電橋靈敏度；細測時，將其阻值調(diào)至最小，使橋 臂電流增大，提高電橋靈敏度 。實驗內(nèi)容2500Q）。注：選定電阻后，計算電阻額定電壓，以便選擇電源工作電壓值。查電源：打開電源，選好輸出端，利用電壓微調(diào)調(diào)節(jié)輸出電壓最小，然后關(guān)閉電源。2、1、選擇被測電阻及測量參數(shù)： 選擇好待測的電阻，根據(jù)其阻值范圍選擇合適的 K值，由K值確定R2、 R3的阻值，保證R4有4位效數(shù)字（如 Rx為250Q ,為了保證Rx有4位有效數(shù)字，R?為100.0 Q ,

8、 R3為1000.0, R4約為接線：按照實驗線路圖布置儀器，依照回路接線法接線。再檢查各實驗參數(shù)及連線是否正確。測量：檢查完成后，打開電源，調(diào)一微小電壓輸出，觀察電路反應(yīng)是否正常，若不正常（如檢流，則再次檢查接線及各電阻阻值。正常后，將電壓增大至工作電壓，進4、計指針通斷時不偏轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)過大） 行測量。5、 重復(fù)14，測量一個電阻共10次，電橋換臂前與換臂后各測量5次。6、用箱式電橋測量同樣八個電阻阻值。數(shù)據(jù)記錄與計算舉例。1、用自組電橋測電阻及測量其靈敏度待測電阻標(biāo)稱值電橋換臂前測量數(shù)據(jù)電橋換臂后測量數(shù)據(jù)38 Q12345678910R2/ Q100200300150250100200300

9、150250R3/ Q1000200030001500250010002000300015002500R4/ Q385.5383.2384.5384.9384.4383.0384.1383.9384.0383.6平偏轉(zhuǎn)格數(shù)n/div9.02.03.04.05.01.02.03.04.05.0均AR4/ Q0.50.91.31.72.20.40.91.41.82.3值計算岀Rx/ Q38.5538.3238.4538.4938.4438.3038.4138.3938.4038.3638.411相對靈敏度S771.0851.6887.3905.6873.6957.51 853.6822.6853.

10、3833.9861.00測量次數(shù)12345678倍率示數(shù)0.10.10.10.10.10.10.10.1測得電阻平均值測量盤示數(shù)68066785682067876761676668046867平均值標(biāo)準(zhǔn)差待測電阻實測值680.6678.5682678.7676.1676.6680.4686.7679.95 11.192、箱式電橋3、數(shù)據(jù)處理自組電橋測得電阻的平均值：Rx =38.411 Q ,根據(jù)公式Ua(R)送傀一Rx)2Y n(n-1)測得自組電橋的靈敏度的平均值為：te (Si -S)2根據(jù)公式Ua(S)=2 (Rxi-Rx)=J算岀A類不確定度LA(R)=0.024 QV 10(101

11、)S =861.0divE (Si S)2=J算岀A類不確定度 UA(S)=16divY 10(10-1)(1)電阻箱的誤差，(2)電橋靈敏度的誤差，(3)多次測量的差異，按Y n(n-1)不確定度計算：不確定度主要來源所用電阻箱的標(biāo)準(zhǔn)，R2電阻箱X 100為0.1級，R3電阻箱X 1000檔為0.02級，R4電阻箱X 100檔為0.2級, 其標(biāo)準(zhǔn)不確定度(計算時取R2=200 Q , R3=2000 Q , R4=380 Q為：Ub(R2)=0.1% X 200 Q/J3=0.12 Q , Ub(R3)=0.02% X 2000 Q M/3 =0.23 Q , Ub(R4)=0.2% X 3

12、80 Q m/S =0.44 Q ; 電阻箱引入和合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度I吐丫 +V 1200 丿 電橋靈敏度引入的不確定度Ub(R)=(1.0/861.01) X 38.4 Q m/s =0.16 Q 重復(fù)測量得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：Ua(R)=0.024 Q合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc(R)=血052 + 0.162 + 0.0242 =0_自組電橋測量結(jié)果：Rx=(38.402rp=384105%)Q f測得自組電橋的相對靈敏為：S =(8.6 0.2) X 102,據(jù)公式 Ua(R) = JE (R R) = Jw (R -R) 算岀 A類不確定度 U(R)=1.07 QV n(n-1) V 8(8-1

13、)箱式電橋測量結(jié)果：Rx=(67 9 1) Q =679(1 0.2%) Q一、 簡單線路故障的原因和排除實驗中出現(xiàn)故障是不可避免的正常情況，對于儀器故障，需由專門人員進行排除；常見簡單線路故障 的排除則是大學(xué)生必須掌握的基本技能。用自組電橋測電阻，實驗過程可能出現(xiàn)的故障有：1 .檢流計指針不偏轉(zhuǎn)(排除檢流計損壞的可能性)。這種情況的出現(xiàn)，說明橋(檢流計)支路沒有電流通過，其原因可能是電源回路不通，或者是橋支路 不通。檢查故障的方法是先用萬用電表檢查電源有無輸出，然后接通回路，再檢查電源與橋臂的兩個聯(lián)接 點之間有無電壓，最后分別檢查橋支路上的導(dǎo)線、開關(guān)是否完好(注意檢流計不能直接用萬用電表電阻

14、檔 檢查)。如果仍未查出原因，則故障必定是四個橋臂中相鄰的兩相橋臂同時斷開。查出故障后，采取相應(yīng) 措施排除(如更換導(dǎo)線、開關(guān)、電阻等)。2 .檢流計指針偏向一邊。出現(xiàn)這種情況，原因有三種：原因之一，比例系數(shù)(倍率)Kr取值不當(dāng)，改變 Kr的取值，故障即便消失。不論Kr和Rs取何值，檢流計指針始終偏向一邊，則有：原因之二，四個橋臂中必定有一個橋臂斷開；原因之三，四個橋臂中某兩個相對的橋臂同時斷開。對于后兩種原因引起的故障，只需用一根完好的導(dǎo)線便可檢查確定。檢查時，首先將Rn調(diào)至最大,減小橋臂電流。然后用一根導(dǎo)線將四個橋臂中任一橋臂短路，若檢流計指針反向偏轉(zhuǎn)，則說明被短路的橋 臂是斷開的，可用此導(dǎo)

15、線替換原導(dǎo)線，檢查出導(dǎo)線是否斷開及電阻是否損壞；若檢流計指針偏轉(zhuǎn)方向不變，Uc(R)=38.42f 0.23、丄12000 丿f 0.44 )I1380 丿=0.05 Q根據(jù)有效數(shù)字的取值規(guī)則，測量結(jié)果有 效數(shù)字的末位要與不確定度末位取齊根據(jù)有效數(shù)字的取值規(guī)則, 確定度只取一個有效數(shù)字則說明，被短路橋臂是完好的；若檢流計指針不再偏轉(zhuǎn)，則說明對面橋臂是斷開的，可進一步判明是導(dǎo)線 還是電阻故障，接通后，用同樣方法再檢查開始被短路的橋臂是否完好。最后，將查出的斷開橋臂中壞的 導(dǎo)線或電阻更換，故障便被排除。預(yù)習(xí)思考題：電R4R2無法調(diào)到平衡試找出其可能的原因(各1、在圖1中，如R4和Rx調(diào)換位置，計算

16、公式將怎樣改變？在圖1中，如果R4和Rx調(diào)換位置，計算公式將變?yōu)椋篟x2、假如在測量過程中檢流計指針始終偏到某一邊，或總不偏轉(zhuǎn)，回答二個原因)。1中R2/R3的比值)選得不恰當(dāng)，至使(2)可能是Rx(Rl)、R2、R3、R4四橋臂之中只有唯一的一橋臂斷 可能是Rx(Ri)、R2、R3、R4四橋臂之中有兩條橋臂同時斷 b、d端部分電路斷開。若檢流計指針搖擺不定，電橋的比例臂(如圖假如在測量過程中檢流計始終偏向一邊， 在比較臂的阻值范圍內(nèi)無法調(diào)到電橋平衡； 開。假如在測量過程中檢流計始終不偏轉(zhuǎn)， 開，(2)可能是連接電源部分電路或連接檢流計的對角線 則可能是電路中某一根導(dǎo)線接端松動，造成接觸不良。

17、3、箱式電橋中比例臂的選取原則是什么？箱式電橋中比例臂的選取原則是使得測量結(jié)果的比較臂的有效數(shù)據(jù)的位數(shù)盡可能多才好。4、為什么要測量電橋的靈敏度？通過測量電橋的靈敏度以確定測量結(jié)果由于電橋的靈敏度所引入的不確定度的大小。5、電橋的靈敏度與哪些因素有關(guān)？影響靈敏度的因素：1.與檢流計靈敏度Si成正比，2.與電源電動勢成正比，3.與 電源的內(nèi)阻及限流電阻有關(guān)，4.與檢流計及電源所接的位置有關(guān)，5.與檢流計的內(nèi)阻有關(guān)。6、怎樣消除比例臂兩只電阻不準(zhǔn)確相等所造成的系統(tǒng)誤差？通過換臂測量以消除比例臂兩只電阻不準(zhǔn)確相等所造成的系統(tǒng)誤差。7、電橋的靈敏度是否越高越好？為什么？不是，因為電橋的靈敏度太高，調(diào)節(jié)

18、電橋的平衡就比較困難，而且需要做比較臂的電阻箱的可調(diào)數(shù)位 增加，當(dāng)做比較臂的電阻箱的可調(diào)數(shù)位不足時，電橋就無法調(diào)節(jié)平衡。實驗感想：寫出自己實驗時所獲得的啟示或掌握的知識。注意：寫實驗報告必須用專用的A4實驗報告紙，不能用其他形式的作業(yè)本信紙 方格紙等，并且一定要寫上班別、學(xué)號、組別、實驗題目、實驗日期等內(nèi)容。 并且要與預(yù)習(xí)報告裝訂在一起交實驗報告評分標(biāo)準(zhǔn)名稱日期 姓名學(xué)號 填寫完全實驗 目的實驗 儀器實驗原理實驗內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果討論 觀點正確原理 圖原理公式必要 文字?jǐn)?shù)據(jù)正確數(shù)據(jù)計算正確不確定計算正確5分5分5分10分10分10分5分10分15分15分10分實驗報告扣分標(biāo)準(zhǔn)未用直尺畫表格單位未寫未寫物理量名稱未寫學(xué)號有效數(shù)字錯誤數(shù)據(jù)明顯錯誤作