實(shí)驗(yàn)4344惠斯登電橋、非平衡電橋

1、物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心20132013年年l電橋是將電阻、電容、電感等參數(shù)變化電橋是將電阻、電容、電感等參數(shù)變化量變換成電壓或電流值的一種電路。量變換成電壓或電流值的一種電路。l激勵(lì)電源：直流電橋和交流電橋激勵(lì)電源：直流電橋和交流電橋l橋臂阻抗性質(zhì)：電阻電橋、電容電橋和橋臂阻抗性質(zhì)：電阻電橋、電容電橋和電感電橋；電感電橋；l平衡與否：平衡電橋和非平衡電橋平衡與否：平衡電橋和非平衡電橋l惠斯登電橋是一種直流平衡電橋，它是測(cè)惠斯登電橋是一種直流平衡電橋，它是測(cè)量量中值電阻中值電阻的重要儀器。它是用的重要儀器。它是用比較法比較法進(jìn)進(jìn)行測(cè)量的，即在平衡條件下，將待測(cè)電阻行測(cè)量的，即在平衡條件下，將待

2、測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較以確定其阻值。與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較以確定其阻值。l具有測(cè)試靈敏、精確、方便具有測(cè)試靈敏、精確、方便l電橋可測(cè)量電阻、電容、電感、溫度、壓電橋可測(cè)量電阻、電容、電感、溫度、壓力、濕度、應(yīng)變、真空度等許多物理量，力、濕度、應(yīng)變、真空度等許多物理量，以及應(yīng)用于工業(yè)和科研的自動(dòng)控制中。以及應(yīng)用于工業(yè)和科研的自動(dòng)控制中。l實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣菟沟请姌虻脑砗吞攸c(diǎn)。了解惠斯登電橋的原理和特點(diǎn)。學(xué)會(huì)使用惠斯登電橋測(cè)電阻。學(xué)會(huì)使用惠斯登電橋測(cè)電阻。0232011URRRURRRVVxADAC：即GADCBR2R3RxR1U0KRRRRRRRRxx321231或3KRRx惠斯登電橋的惠斯

3、登電橋的基本誤差極限基本誤差極限可用可用下式表示：下式表示： 式中，式中，為惠斯登電橋的準(zhǔn)確等為惠斯登電橋的準(zhǔn)確等級(jí)；級(jí)；K K為為R R1 1與與R R2 2的比值；的比值；R RN N為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)值；值； R R3 3為測(cè)量盤示值。為測(cè)量盤示值。 KRREN)10(1003lim1.2 1.2 惠斯登電橋的測(cè)量誤差惠斯登電橋的測(cè)量誤差KRREN)10(1003lim惠斯登惠斯登電橋的靈敏度電橋的靈敏度也會(huì)引入一定的誤差也會(huì)引入一定的誤差 R R 。由于我們采用的是數(shù)字檢流計(jì)，其。由于我們采用的是數(shù)字檢流計(jì)，其誤差極限為一個(gè)最小單位（這里即為誤差極限為一個(gè)最小單位（這里即為0.1A 0.1A

4、 ）, ,但這是誤差的最大值，平均誤但這是誤差的最大值，平均誤差要比這個(gè)小。一般差要比這個(gè)小。一般RR可以這樣計(jì)算：可以這樣計(jì)算：33RKR惠斯登電橋惠斯登電橋的測(cè)量結(jié)果的誤差為上的測(cè)量結(jié)果的誤差為上面兩種誤差的合成：面兩種誤差的合成：22lim)( RER待測(cè)電阻標(biāo)稱值：待測(cè)電阻標(biāo)稱值：Rx151，Rx2 220，Rx3 1.5k，Rx4 22k。GADCBR2R3RxR1U0Rx1： 51=K*5100.00K=0.01關(guān)鍵：選擇合適的放大關(guān)鍵：選擇合適的放大倍率倍率K K原則：原則：R R3 3 ( (最大值為最大值為11111.1011111.10) )的有效數(shù)的有效數(shù)字盡量多，且字盡

5、量多，且K K* *R R3 3= =R Rx x 按照?qǐng)D按照?qǐng)D1連接電路，將待測(cè)電阻直接接連連接電路，將待測(cè)電阻直接接連到到Rx兩端。兩端。 確定確定K ;根據(jù)表格選擇電壓；預(yù)設(shè)電阻箱，根據(jù)表格選擇電壓；預(yù)設(shè)電阻箱，使電橋基本平衡；同時(shí)按下使電橋基本平衡；同時(shí)按下B和和G，微調(diào)，微調(diào)R3，使電橋真正平衡，記下使電橋真正平衡，記下R3。 為了確定檢流計(jì)的誤差，進(jìn)一步調(diào)整為了確定檢流計(jì)的誤差，進(jìn)一步調(diào)整R3，使檢流計(jì)偏離平衡使檢流計(jì)偏離平衡0.1uA，分別記下此時(shí)，分別記下此時(shí)R3的電阻值，計(jì)算偏移量。的電阻值，計(jì)算偏移量。 對(duì)其余三個(gè)待測(cè)電阻重復(fù)上述步驟。對(duì)其余三個(gè)待測(cè)電阻重復(fù)上述步驟。l平衡

6、電橋是把待測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較，通過平衡電橋是把待測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較，通過調(diào)節(jié)電橋平衡，從而測(cè)得待測(cè)電阻值，只能用于測(cè)調(diào)節(jié)電橋平衡，從而測(cè)得待測(cè)電阻值，只能用于測(cè)量具有相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的物理量量具有相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的物理量l非平衡電橋的基本原理是通過橋式電路來測(cè)量電阻，非平衡電橋的基本原理是通過橋式電路來測(cè)量電阻，根據(jù)電橋輸出的不平衡電壓，再進(jìn)行運(yùn)算處理，從根據(jù)電橋輸出的不平衡電壓，再進(jìn)行運(yùn)算處理，從而得到引起電阻變化的其它物理量，如溫度、壓力、而得到引起電阻變化的其它物理量，如溫度、壓力、形變等。形變等。 l實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夥瞧胶怆姌虻墓ぷ髟?。了解非平衡電橋的工作原理。研究非平衡電?/p>

7、電壓輸出特性。研究非平衡電橋電壓輸出特性。研究銅電阻的溫度特性。研究銅電阻的溫度特性。掌握作圖法與圖解法在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。掌握作圖法與圖解法在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。當(dāng)電橋平衡時(shí)當(dāng)電橋平衡時(shí) ： R1 R3 R2 Rx R1:R2 Rx:R3 若把若把Rx的阻值由原來的阻值由原來的的Rx0變化為變化為Rx0 R，則有非平衡電，則有非平衡電壓輸出。壓輸出。RxRx0+RVCBADR2R3R1U0設(shè)設(shè)R2/R3K ，則有，則有000230010032100203231001)1 ()1)(1 ()()(UKKRRKRRRRRRRRRURRRRRRURRURRRRRRRRUUUxxxxxxxxB

8、AABRxRx0+RVCBADR2R3R1U0等臂非平衡電橋：等臂非平衡電橋：K1且且R1R2 臥式非平衡電橋：臥式非平衡電橋：K1且且R1 R2 ，UAB同上同上22000URRRRUxxABRxRx0+RVCBADR2R3R1U0立式非平衡電橋：立式非平衡電橋：K1且且R1R2 當(dāng)當(dāng)K1且且R1 R2 時(shí)的時(shí)的情況情況 ，UAB同上同上0001)1 (UKKRRKRRUxxABRxRx0+RVCBADR2R3R1U0 用非平衡電橋用非平衡電橋,確定確定銅電阻銅電阻電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)R/(R0T)，其中，其中R0 為為0 時(shí)的電阻時(shí)的電阻值值, R/T是銅電阻隨溫度的變化率（斜是銅電阻

9、隨溫度的變化率（斜率）率） 。 測(cè)量溫度要求：從測(cè)量溫度要求：從30測(cè)到測(cè)到65，每次，每次測(cè)量溫度變化測(cè)量溫度變化5，或從起始溫度開始每，或從起始溫度開始每次測(cè)量溫度變化次測(cè)量溫度變化5。連接好電路，并預(yù)設(shè)好電阻箱：連接好電路，并預(yù)設(shè)好電阻箱： R1=R2=500， R355；用平衡電橋測(cè)量室溫下的銅電阻阻值：轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至用平衡電橋測(cè)量室溫下的銅電阻阻值：轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至平衡平衡1.3V;調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R3使電橋平衡使電橋平衡,此時(shí)，此時(shí)，R3的讀數(shù)即為的讀數(shù)即為室溫下的銅電阻阻值室溫下的銅電阻阻值Rx0；將功能轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至將功能轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至非平衡非平衡電壓電壓，保持各個(gè)電阻箱保持各個(gè)電阻箱不變不變。從室溫（。從室溫（儀器起始溫度，要求小于儀器起始溫度，要求小于35 ）開）開始升溫，記錄溫度每變化始升溫，記錄溫度每變化5時(shí)的非平衡電壓輸出時(shí)的非平衡電壓輸出（mv)，共測(cè)，共測(cè)8個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn)。并