雙_單電橋_法測量低電阻中的實用技巧例舉

1、雙“單電橋”法測量低電阻中的實用技巧例舉李龍海,史慶藩(北京理工大學(xué)物理實驗中心,北京100081收稿日期:2007-04-17;修回日期:2007-10-16基金項目:北京市教育委員會共建項目計劃作者簡介:李龍海(1947男,上海人,北京理工大學(xué)理學(xué)院副教授,主要從事大學(xué)物理實驗教學(xué)和研究工作.摘要:主要介紹了雙“單電橋”法測量低電阻的基本原理與雙“單電橋”法測量低電阻的幾種實用技巧.關(guān)鍵詞:雙“單電橋”法;測量低電阻;接觸電勢差;聯(lián)線電阻中圖分類號:O 59文獻標識碼:A 文章編號:100020712(200803200452021雙“單電橋”法測量低電阻的基本原理物理實驗中,人們常稱惠斯

2、登電橋為“單電橋”,認為其只適于測10106之間的“中電阻”,至于欲測1以下的“低電阻”,只能應(yīng)用“雙電橋”開爾文電橋.然而,我們利用兩個“單電橋”或兩次“單電橋”即可測量任何低電阻,此方法稱之為雙“單電橋”法測量低電阻,其簡稱為雙“單電橋”法.雙“單電橋”法不但可以測量任何低電阻,而且還可以直接測量出標準電阻R 0與待測電阻R x 之間的“聯(lián)線電阻”R f ,由此可作為提高實驗技巧的分析依據(jù),這是最大的優(yōu)特點之一.雙“單電橋”法測量低電阻的原理如圖1所示.其中,R 0為標準電阻,R x 為待測電阻,r x 與r 0為電阻箱,G 為平衡指示儀,A 、B 與C 、D 分別為R 0與R x 的電壓

3、接頭,A 、B 、C 、D 分別為A 、B 、C 、D 相對應(yīng)的電流接頭.S 為單刀雙擲開關(guān).設(shè)B 、C 兩電壓接頭之間的總阻為R f (其中包括一切接觸電阻與導(dǎo)線電阻,并稱為標準電阻R 0與待測電阻R x 之間的“聯(lián)線電阻”.圖1雙“單電橋”法測量低電阻的原理圖1當S “O ”即S 撥向R 0的電壓接頭,并使G 顯示平衡時,記電阻箱r 0與r x 的數(shù)值分別為r 00與r x 0.記r 0=r 00,r x =r x 0,即有R 0R 0+R f +R x =r 00r 00+r x 0(12當S “X ”即S 撥向R x 的電壓接頭,并使G 顯示平衡時,記電阻箱r 0與r x 的數(shù)值分別為

4、r 0x 與r x x .記r 0=r 0x ,r x =r x x ,即有R x R 0+R f +R x =r x xr x x +r 0x(23由式(1與式(2可解得R x R 0=r x xr 00r 00+r x 0r x x +r 0x(3R f R 0=(r x 0r 0x -r 00r x x r 00(r 0x +r x x (42雙“單電橋”法測量低電阻中待測低電阻R x 的計算技巧1若在實驗中,令r 00=r x x =1000.0,則公式(3簡化為R x R 0=1000.0+r x 01000.0+r 0x(52若在實驗中,令r 00=r 0x =r 0=1000.0

5、,則公式(3簡化為R x R 0=r x x 1000.01000.0+r x 0r x x +1000.0(63雙“單電橋”法測量低電阻中平衡指示儀的選用技巧雙“單電橋”法測量低電阻實際上是兩次平衡第27卷第3期大學(xué)物理Vol.27No.32008年3月COLL EGE PHYSICS Mar.2008(直流電橋?qū)嶒?眾所周知,平衡電橋中需要有平衡指示儀;常見的平衡指標儀分為指針式平衡指示儀與數(shù)字式平衡指示儀兩大類.3.1指針式平衡指示儀的缺陷1實驗前“調(diào)零”時有視差;2調(diào)電橋平衡“顯零”時有視差;3常見的指針式平衡指示儀的輸入阻抗較低(大約在100k左右;3.2數(shù)字式平衡指標儀的優(yōu)點數(shù)字式

6、平衡指示儀的最佳選擇是常見的四位半直流數(shù)字電壓表(或常見的四位半數(shù)字萬用表中的直流電壓檔.常見的四位半直流數(shù)字電壓表作為數(shù)字式平衡指標儀的優(yōu)點.1無需“調(diào)零”;2調(diào)電橋平衡“顯零”時沒有視差;3常見的四位半直流數(shù)字電壓表的輸入阻抗較高(大約在幾百兆歐姆以上因此主張選用數(shù)字式平衡指示儀.3.3常見的四位半直流數(shù)字電壓表作為平衡指示儀的實用技巧調(diào)電橋平衡“顯零”時,常見的四位半直流數(shù)字電壓表有“+0.00mV”、“-0.00mV”與“±0.00 mV”3種“顯零”方式.這種“+0.00mV”的“顯零”方式表征著平衡電橋中存在較大的系統(tǒng)誤差.同理,“-0.00mV”的“顯零”方式也表征著平

7、衡電橋中存在較大的系統(tǒng)誤差.“±0.00mV”的“顯零”方式是指四位半直流數(shù)字電壓表的顯示值在“+0.00mV”與“-0.00mV”之間不斷“來回跳躍”式閃爍顯示,本文認為這種“±0.00mV”的“顯零”方式表征著此時刻平衡電橋中所存在的系統(tǒng)誤差為最小狀態(tài),而“+”“-”號不斷“來回跳躍”式閃爍顯示表征著此時刻平衡電橋中所存在的隨機誤差;從理論和實踐兩方面可以證明此時刻所調(diào)節(jié)的電橋處于“最佳平衡狀態(tài)”.由于篇幅有限,本文暫不在此贅述.總之,常見的四位半直流數(shù)字電壓表作為平衡指示儀的實用技巧是以其顯示值為“±0.00mV”作為此時刻的直流電橋處于“最佳平衡狀態(tài)”.4

8、雙“單電橋”法測量低電阻中克服接觸電位差影響的實用技巧1797年,伏打(Volta發(fā)現(xiàn),兩種不同的金屬接觸時,它們之間會產(chǎn)生電位差,并稱之為接觸電位差.由于接觸電位差的存在,它會影響開爾文電橋測量低電阻和雙“單電橋”法測量低電阻的測量精度.4.1測量低電阻中的“正向電流”裝置與“反向電流”裝置的規(guī)定1測量低電阻中的“正向電流”裝置在本文中規(guī)定:測量低電阻時,從標準電阻R0流向待測電阻R x的電流定義并稱之為“正向電流”,此時刻的圖1電橋裝置即稱之為“正向電流”裝置.2測量低電阻中的“反向電流”裝置在本文中規(guī)定:測量低電阻時,從待測電阻R x 流向標準電阻R0的電流定義并稱之為“反向電流”,此時

9、刻的圖1電橋裝置即稱之為“反向電流”裝置.4.2如何發(fā)現(xiàn)與證明測量低電阻時直流電橋中存在著接觸電位差的影響例如:在某一次“正向電流”裝置中,通過調(diào)節(jié)電阻箱r0或r x使得四位半直流數(shù)字式電壓表顯示為“±0.00mV”的“顯零”方式;若此時刻突然改變整個直流電橋的供電方向即變成“反向電流”裝置,則此時四位半直流數(shù)字式電壓表就不顯示為“±0.00mV”.比如說,其顯示為“+0.32mV”,其顯示差值表征著直流電橋中存在著接觸電位差的影響.4.3克服接觸電位差影響的實用技巧記R x正向為“正向電流”裝置中待測電阻R x的測量值;記R x反向為“反向電流”裝置中待測電阻R x的測量

10、值;記R x佳為待測電阻R x的最佳測量值,則R x佳=R x正向+R x反向2(7這就是雙“單電橋”法測量低電阻中克服接觸電位差影響的實用技巧.5結(jié)論雙“單電橋”法測量低電阻具有簡單、直觀、應(yīng)用方便等特點.掌握使用過程中的上述幾種實用技巧,將有助于最大限度地發(fā)揮這種方法的優(yōu)越性.(下轉(zhuǎn)60頁M.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1998.2Raymond Y Chiao,Wu Y ong2shi.Manifestations ofBerrys Topological Phase for the PhotonJ.PhysRev Lett,1986,57:933936.3Akira Tomita,Ray

11、mond Y Chiao.Observation of BerrysTopological Phase by Use of an Optical FiberJ.PhysRev Lett,1986,57:937940.4Berry M V.Quantal phase factors accompanying adiabat2ic changesJ.Proc Roy S oc London A,1984,392:4557.5倪光炯,陳蘇卿.高等量子力學(xué)M.2版.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2004.F abrication of f iber polarization rotator based on

12、quantum geometric phaseHUAN G Guang2yao,HUAN G Yan2sui(School of Physics and Engineering,Sun Y at2sen University,Guangzhou510275,ChinaAbstract:Based on quantum geometric phase(also called Berry phase,a new kind of fiber polarization ro2 tator is proposed.According to this idea,a fiber polarization r

13、otator is fabricated and the changed angles of the polarized plane of light is measnred.The experimental results agree qualitatively with the theoretical prediction.A phenomenological formula is given to understand the errors between the experimental data and the theory.K ey w ords:quantum geometric

14、 phase;Berry phase;polarized light;fiber polarization rotator(上接46頁T echniques of measuring low resistance using double“single bridge”L I Long2hai,SHI Qing2fan(Physics Experiment Center,Beijing Institute of Technoloy,Beijing100081,ChinaAbstract:The principle and techniques of using double“single bridge”to measure any low resistance is in2 troduced.Using skills can ensure the d