直流電橋測電阻

1、.實驗十直流電橋測電阻電橋是一種用電位比較法進(jìn)行測量的儀器，被廣泛用來精確測量許多電學(xué)量和非電學(xué)量，在自動控制測量中也是常用的儀器之一。按照用途電橋可分為平衡電橋和不平衡電橋；按照使用的電源又可分為直流電橋和交流電橋。直流電橋是用來測量電阻或與電阻有關(guān)的物理量的儀器，待測電阻在 1 1000K時，可用單臂（惠斯登）電橋；若測量 1以下的低電阻時，則必須使用雙臂（凱爾文）電橋。交流電橋（萬能電橋）主要用來測量電容、電感等物理量。實驗?zāi)康?1、 掌握用電橋測量電阻的原理和方法。2、 學(xué)會使用單臂及箱式惠斯登電橋測量電阻。實驗原理 1、 單臂電橋原理惠斯登電橋（單臂電橋）是最常用的直流電橋，其電路原

2、理圖如圖10 1 所示。IB1R1RsI gGAC1.5K K2R2RxI2DEK 1圖 10 1 單電橋原理簡圖圖中 R1 、 R2 和 Rs 是已知阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻，它們和被測電阻Rx 連成一個四邊形，每一條邊稱作電橋的一個臂。對角 A 和 C 之間接電源 E；對角 B 和 D 之間接有電流計 G 和電鍵K ，電鍵上有 1.5 k 保護(hù)電阻，它像橋一樣。若調(diào)節(jié)Rs 使橋兩端的 B 點(diǎn)和 D 點(diǎn)電位相等，電流計中電流為零，電橋達(dá)到平衡，這時可得I1 R1I2R2（ 10 1）I1 RsI 2 Rx（ 102）兩式相除可得;.R2RxRs（ 103）R1只要電流計足夠靈敏，等式（10 3 ）就能

3、成立，被測電阻Rx 可以從 R1 、 R2 和 Rs 三個已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻求得。這一過程相當(dāng)于把Rx 和標(biāo)準(zhǔn)電阻相比較，因而測量的準(zhǔn)確度較高。圖 10 2QJ23 型直流電橋線路圖本實驗中采用QJ23 型便攜式單臂電橋，它的實際電路圖見圖10 2，面板結(jié)構(gòu)如圖10 3 所示。電橋各部件的作用及特點(diǎn)說明如下：（ 1）比率臂 K相當(dāng)于圖 10 1 中的 R2 和 R1，由 8個精密電阻組成，其總阻值為1K，度盤示值 K= R2，即比率，分為從 0.001 到 1000 共七檔。圖10 2 中各電阻均以為R1單位。（ 2）測量臂 Rs 由四個十進(jìn)位電阻盤組成，最大阻值為9999，調(diào)節(jié) K 和 Rs 使

4、電橋平衡時，被測電阻值為Rx k Rs（ 10 4）;.（ 3）端鈕 X1 和 X2 接被測電阻， B+和 B- 、 G+和 G- 分別為外接電源、外接檢流計用的接線端鈕。（ 4）檢流計 G，其靈敏度約 3× 10-6 A/div ，內(nèi)阻近百歐姆，用以指示電橋平衡與否。檢流計上有調(diào)零旋紐，測量前應(yīng)預(yù)先調(diào)好檢流計零位。實驗中， 我們把引起儀表示值可覺察變化的被測量的最小變化值叫靈敏閥（或叫分辨率） ，這里取 0.2 分格所對應(yīng)的電流值作為檢流計的靈敏閥。（ 5）電源及檢流計開關(guān)， B 是電源按鈕開關(guān)，實驗中不要將此開關(guān)按下鎖住，以避免電流熱效應(yīng)引起的阻值變化， 而影響儀器測量精度， 并

5、且還可以防止電池很快耗盡。 檢流計按鈕開關(guān)G 一般只能躍按，以避免非瞬時過載而引起的損壞。另有一種QJ24 型電橋，它多了一個G1 開關(guān)，它的作用是測量中先按下G1 粗調(diào)，這時有分流電阻與檢流計并聯(lián)，粗調(diào)平衡后再按開關(guān)G細(xì)調(diào)平衡。增設(shè)開關(guān)G1 是因為 QJ24 型的準(zhǔn)確度等級更高、檢流計更靈敏的緣故。用電橋測電阻前，通常應(yīng)先知道（或用萬用表粗測）被測電阻的大約值，然后預(yù)設(shè)比率盤和測量盤于相應(yīng)的大約值，再細(xì)調(diào)K 和 Rs 之值求出測量值。B1000100內(nèi)接G外接101R2B G圖 10 3 QJ23 型直流電阻電橋面板圖2、單臂電橋測電阻的誤差平衡電橋法測電阻的誤差，主要來自兩方面：（ 1）電

6、橋靈敏度（Sb ）帶來的誤差電橋是否已經(jīng)平衡， 依賴于判斷檢流計是否指零。 因而檢流計的靈敏度大小直接影響了判斷性。換言之，判斷檢流計是否指零所產(chǎn)生的誤差決定了電橋的靈敏度。電橋平衡時，改變單位電阻檢流計的偏轉(zhuǎn)格數(shù)稱作電橋靈敏度。Sb(10 5)RSb 越大，表示電橋越靈敏，判斷就越準(zhǔn)確。適當(dāng)提高工作電源電壓和選用低電阻的檢;.流計將有利于提高電橋的靈敏度。通常假定儀表標(biāo)尺的2分度為難以分辨的界限，于是由10電橋靈敏度帶來的誤差為1Rb 0.2 。（ 2） 橋臂電阻帶來的誤差SbR2RS ，可導(dǎo)出求算 RX 的相對誤差為由于 RXR1RxR1)2(R2)2Rs)2（ 10 6）Rx(R2(R1

7、Rs若保持 R1 和 R2 比值為1，把 Rs 與 RX 二個橋臂位置交換，再調(diào)節(jié)Rs 使電橋平衡。分別測出交換前、后電橋平衡時比較臂Rs 的示值 Rs1及 Rs2 ,可得到R xR s1 ? R s2（10 7）這樣就消除了由R1 、 R2 本身的誤差而帶來的系統(tǒng)誤差。由式（10 7）求出 Rx 的相對誤差為Rx 1Rs1)2(Rs2)2Rs（10 8）R2(Rs2RRs1sxRxRxRs（10 9）RsRs1Rs2（ 10 10）Rs12它只與電阻箱RS 的儀器誤差有關(guān)。對0.1 級的電阻箱，Rs0.1% Rs0.002m ， m為所使用的電阻箱的轉(zhuǎn)盤數(shù)。結(jié)論：（1）總誤差等于檢流計不靈敏

8、誤差與橋臂誤差之和。即R( Rb )2( Rx )2（ 10 11）（ 2） 測量中將某些條件相互交換，使產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差方向相反，從而抵消測量中的部分系統(tǒng)誤差，稱作交換法，它是處理系統(tǒng)誤差的基本方法之一。 實驗儀器 電阻箱、 AC5 型直流檢流計、穩(wěn)壓電源、待測電阻、滑線變阻器、QJ23 型直流電阻電橋?qū)嶒瀮?nèi)容 1、 自搭電橋測電阻;.用電阻箱自搭電橋，按圖 10 1 原理圖接線。 在開關(guān) K 上并聯(lián)一高值電阻R（ 1.5K）,以保護(hù)檢流計。在測試前要考慮以下問題：(1) 接好線路，擬好實驗步驟，經(jīng)教師檢查后方可通電作實驗。須特別注意實驗中勿超過電阻箱的額定電流。(2) 調(diào)節(jié)電橋，使它工作在最

9、靈敏狀態(tài)。取 R2 =1,測量待測電阻 Rx ，并以交換法消除裝置不對稱引起的系統(tǒng)誤差。R12、 箱式電橋測電阻應(yīng)用 QJ23 型直流電阻電橋測量待測電阻值，其原理圖如圖10 2 所示。 數(shù)據(jù)處理 1、自搭電橋，用交換法測出待測電阻值。m序號Rx 標(biāo)稱值（）RS1（）RS 2 （）SbR(電阻箱的轉(zhuǎn)盤數(shù) )123最佳估計值估算：R xR s1 ? R s 2不確定度計算：Rs1Rs1 Rs22RxRs0.1% 0.002 mRxRsRs求出：R( Rb )2( Rx )20.2)2xRs2(R)SbRs結(jié)果表示為：RxRxRx 。2、箱式電橋QJ23 測 Rx 的電阻值。序號標(biāo)稱值 Rx （）實際測值 Rx儀器級別 A比率 K（）123不確定度計算：Rx A%Rm( Rm 為該比率下電橋的量程 )結(jié)果表示為：RxRxRx 。;.思考題1、 電橋測電阻的原理是什么？電橋平衡的條件是