直流電橋測(cè)電阻

1、實(shí)驗(yàn)十 直流電橋測(cè)電阻電橋是一種用電位比較法進(jìn)行測(cè)量的儀器，被廣泛用來精確測(cè)量許多電學(xué)量和非電學(xué)量，在自動(dòng)控制測(cè)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(cè)量電阻或與電阻有關(guān)的物理量的儀器，待測(cè)電阻在11000K時(shí)，可用單臂（惠斯登）電橋；若測(cè)量1以下的低電阻時(shí)，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(cè)量電容、電感等物理量。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握用電橋測(cè)量電阻的原理和方法。2、 學(xué)會(huì)使用單臂及箱式惠斯登電橋測(cè)量電阻。實(shí)驗(yàn)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，其電路原理圖如圖1

2、01所示。I1B圖101 單電橋原理簡圖ADK11K21EI2RsRxR1R2Ig1.5KGC圖中、和是已知阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻，它們和被測(cè)電阻連成一個(gè)四邊形，每一條邊稱作電橋的一個(gè)臂。對(duì)角A和C之間接電源E；對(duì)角B和D之間接有電流計(jì)G和電鍵K，電鍵上有1.5保護(hù)電阻，它像橋一樣。若調(diào)節(jié)使橋兩端的B點(diǎn)和D點(diǎn)電位相等，電流計(jì)中電流為零，電橋達(dá)到平衡，這時(shí)可得 （101） （102）兩式相除可得 （103）只要電流計(jì)足夠靈敏，等式（103）就能成立，被測(cè)電阻可以從、和三個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻求得。這一過程相當(dāng)于把和標(biāo)準(zhǔn)電阻相比較，因而測(cè)量的準(zhǔn)確度較高。圖102 QJ23型直流電橋線路圖 本實(shí)驗(yàn)中采用QJ23型

3、便攜式單臂電橋，它的實(shí)際電路圖見圖102，面板結(jié)構(gòu)如圖103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101中的和，由8個(gè)精密電阻組成，其總阻值為1K，度盤示值K=，即比率，分為從0.001 到1000共七檔。圖102中各電阻均以為單位。（2）測(cè)量臂由四個(gè)十進(jìn)位電阻盤組成，最大阻值為9999，調(diào)節(jié)K和使電橋平衡時(shí)，被測(cè)電阻值為 （104）（3）端鈕X1和X2接被測(cè)電阻，B+和B-、G+和G-分別為外接電源、外接檢流計(jì)用的接線端鈕。（4）檢流計(jì)G，其靈敏度約3×10-6A/div，內(nèi)阻近百歐姆，用以指示電橋平衡與否。檢流計(jì)上有調(diào)零旋紐，測(cè)量前應(yīng)預(yù)先調(diào)好檢流計(jì)零位。實(shí)驗(yàn)

4、中，我們把引起儀表示值可覺察變化的被測(cè)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(duì)應(yīng)的電流值作為檢流計(jì)的靈敏閥。（5）電源及檢流計(jì)開關(guān)，B是電源按鈕開關(guān)，實(shí)驗(yàn)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(cè)量精度，并且還可以防止電池很快耗盡。檢流計(jì)按鈕開關(guān)G 一般只能躍按，以避免非瞬時(shí)過載而引起的損壞。另有一種QJ24型電橋，它多了一個(gè)G1開關(guān)，它的作用是測(cè)量中先按下G1粗調(diào)，這時(shí)有分流電阻與檢流計(jì)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?yàn)镼J24型的準(zhǔn)確度等級(jí)更高、檢流計(jì)更靈敏的緣故。用電橋測(cè)電阻前，通常應(yīng)先知道（或用萬用表粗測(cè)）被測(cè)電阻的大約值

5、，然后預(yù)設(shè)比率盤和測(cè)量盤于相應(yīng)的大約值，再細(xì)調(diào)K和之值求出測(cè)量值。圖103 QJ23型直流電阻電橋面板圖2、單臂電橋測(cè)電阻的誤差平衡電橋法測(cè)電阻的誤差，主要來自兩方面：（1） 電橋靈敏度（）帶來的誤差電橋是否已經(jīng)平衡，依賴于判斷檢流計(jì)是否指零。因而檢流計(jì)的靈敏度大小直接影響了判斷性。換言之，判斷檢流計(jì)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(shí)，改變單位電阻檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)格數(shù)稱作電橋靈敏度。 (105)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(jì)將有利于提高電橋的靈敏度。通常假定儀表標(biāo)尺的分度為難以分辨的界限，于是由電橋靈敏度帶來的誤差為 。（2） 橋臂電阻

6、帶來的誤差由于，可導(dǎo)出求算的相對(duì)誤差為 （106）若保持和比值為1，把與二個(gè)橋臂位置交換，再調(diào)節(jié)使電橋平衡。分別測(cè)出交換前、后電橋平衡時(shí)比較臂的示值及,可得到 （107）這樣就消除了由、本身的誤差而帶來的系統(tǒng)誤差。由式（107）求出的相對(duì)誤差為 （108） （109） （1010） 它只與電阻箱RS的儀器誤差有關(guān)。對(duì)0.1級(jí)的電阻箱，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(jì)不靈敏誤差與橋臂誤差之和。即 （1011）（2） 測(cè)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(cè)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(shí)驗(yàn)儀器電阻箱、AC5型直流

7、檢流計(jì)、穩(wěn)壓電源、待測(cè)電阻、滑線變阻器、QJ23型直流電阻電橋?qū)嶒?yàn)內(nèi)容1、 自搭電橋測(cè)電阻用電阻箱自搭電橋，按圖101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(jì)。在測(cè)試前要考慮以下問題：(1) 接好線路，擬好實(shí)驗(yàn)步驟，經(jīng)教師檢查后方可通電作實(shí)驗(yàn)。須特別注意實(shí)驗(yàn)中勿超過電阻箱的額定電流。(2) 調(diào)節(jié)電橋，使它工作在最靈敏狀態(tài)。取=1,測(cè)量待測(cè)電阻，并以交換法消除裝置不對(duì)稱引起的系統(tǒng)誤差。2、 箱式電橋測(cè)電阻應(yīng)用QJ23型直流電阻電橋測(cè)量待測(cè)電阻值，其原理圖如圖102所示。數(shù)據(jù)處理1、自搭電橋，用交換法測(cè)出待測(cè)電阻值。 序號(hào)標(biāo)稱值（）（）（）(電阻箱的轉(zhuǎn)盤數(shù))123最佳估計(jì)值估算：不確定度計(jì)算：求出：結(jié)果表示為：。2、箱式電橋QJ23測(cè)Rx的電阻值。序號(hào)標(biāo)稱值（）比率K實(shí)際測(cè)值（）儀器級(jí)別A123不確定度計(jì)算： (為該比率下電橋的量程)結(jié)果表示為：。思考題1、 電橋測(cè)電阻的原理是什么？電橋平衡的條件是什么？在具體操作中是如何實(shí)現(xiàn)的？2、 箱式