大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-2

第三部分基本實(shí)驗(yàn)惠斯通電橋測電阻北方民族大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中心大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書PAGE40PAGE39第三部分基本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一、惠斯通電橋測電阻電橋是利用比較法進(jìn)行電磁測量的一種電路連接方式，它可以測量很多電學(xué)量，如電阻、電容、電感、互感等，還可以配合不同的傳感器件測量很多非電學(xué)量，如溫度、壓力、加速度等。因此在傳感技術(shù)中應(yīng)用極廣。電橋的種類較多，按工作狀態(tài)可分為平衡電橋和非平衡電橋；按工作電流種類可分為直流電橋和交流電橋；按結(jié)構(gòu)和測量范圍可分為單臂電橋和雙臂電橋。電橋法根據(jù)平衡和比較原理測量電阻，其構(gòu)思巧妙、測量準(zhǔn)確、適用方便，是電磁測量的基本方法。本實(shí)驗(yàn)所用電橋?yàn)橹绷鲉伪垭姌?，也稱作惠斯通（Wheatstone）電橋?；菟雇姌蜻m用于測量中等阻值的電阻。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)習(xí)用電橋法測量電阻的原理，了解其應(yīng)用；2．掌握使用箱式惠斯通電橋測量中值電阻阻值的方法；3．掌握測量箱式惠斯通電橋的相對靈敏度的方法。實(shí)驗(yàn)器材QJ23型或QJ23a型直流電阻電橋（如圖所示）；ZX21型電阻箱；待測電阻若干；導(dǎo)線兩根。0圖1QJ23型直流電阻電橋圖2QJ23a型直流電阻電橋ARAR2BCDR1RsEKGRx圖3惠斯通電橋原理圖惠斯通電橋測電阻原理如圖3所示。四個電阻R1、R2、RS與Rx聯(lián)成一個四邊形，每一個邊作為電橋的一個臂，R1、R2稱為比率臂，RS稱為比較臂（標(biāo)準(zhǔn)臂），Rx為電橋的待測臂。對角線AC連接電源E。對角線BD之間接檢流器G。調(diào)節(jié)RS使B、D兩點(diǎn)電勢相等，這時檢流計(jì)G指零，電橋達(dá)到平衡。依B、D兩點(diǎn)間電勢差為零，可得：其中R1/R2稱為比率臂的倍率。若比率臂的倍率與比較臂值Rs均為已知，則可算出Rx的值。電橋平衡后檢流計(jì)指針指零；若橋路中電阻值發(fā)生改變，如Rx的改變量為△Rx，則電橋失去平衡，檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)格數(shù)為△n。我們將由于Rx的改變而引起檢流計(jì)G指針的偏轉(zhuǎn)所引起的△n與Rx的相對改變量△Rx/Rx的比值稱為電橋相對靈敏度S，即：S=△n/(△Rx/Rx)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．用箱式惠斯通電橋測量待測電阻Rx1、Rx3的阻值，保證測量結(jié)果有四位有效字，給出測量結(jié)果；2．測量箱式惠斯通電橋在Rx取2000Ω時的相對靈敏度，表達(dá)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)步驟1．檢查電橋設(shè)置，對于QJ23a型直流電阻電橋，將電源B的“內(nèi)-外”撥動開關(guān)和檢流計(jì)G的“內(nèi)-外”撥動開關(guān)置于內(nèi)接方式；對于QJ23型直流電阻電橋，打開電源開關(guān)，將檢流計(jì)G的中間接線柱與“外接”接線柱用金屬片短路即可；2．按下電源按紐B，觀察檢流計(jì)指針是否指零，若不為零，調(diào)整檢流計(jì)上方的調(diào)零旋鈕使其指零；3．估計(jì)待測電阻Rx1的阻值（根據(jù)色環(huán)指示，或用萬用表粗測），先選擇好倍率C的取值，然后預(yù)置電橋上的倍率轉(zhuǎn)換開關(guān)和四個讀數(shù)盤的讀數(shù)（保證測量結(jié)果有四位有效字）；4．將待測電阻接至電橋的待測臂Rx上，采用躍按法，既先后按下“B”、“G”按鈕，調(diào)節(jié)讀數(shù)盤，使檢流計(jì)指零；5．先后松開“G”、“B”按鈕，記錄讀數(shù)；6．重復(fù)步驟2-5，測量六組數(shù)據(jù)；7．用待測電阻Rx3替代Rx1，重復(fù)步驟2-6；8．將電阻箱（置于2000Ω檔）接入待測臂Rx處，調(diào)整倍率和讀數(shù)盤使電橋平衡，檢流計(jì)指零，記錄Rx的值。取Rx的改變量△Rx分別為2Ω、4Ω、6Ω、8Ω、10Ω，分別記錄檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)格數(shù)△n；9．恢復(fù)儀器，整理實(shí)驗(yàn)器材、場地。注意事項(xiàng)B是電源開關(guān)按鈕，實(shí)驗(yàn)中不要將此按鈕按下鎖住，以避免電流熱效應(yīng)引起電阻阻值改變，并防止電池很快耗盡。G是檢流計(jì)開關(guān)按鈕，一般只能躍按，以避免非瞬時過載而引起檢流計(jì)損壞。參考文獻(xiàn)[1]．成正維.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).北京:高等教育出版社，2002附錄1：數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理1．?dāng)?shù)據(jù)記錄表表1：Rx1測量數(shù)據(jù)表基準(zhǔn)值RN=****Ω電橋準(zhǔn)確度等級α=****序號i123456倍率CRS/ΩRx1/Ω表2：Rx3測量數(shù)據(jù)表基準(zhǔn)值RN=****Ω電橋準(zhǔn)確度等級α=****序號i123456倍率CRS/ΩRx3/Ω表3：電橋相對靈敏度測量數(shù)據(jù)表Rx=****Ω序號i12345△Rx/Ω△n/格2．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)的最佳值及不確定度的算術(shù)平均值：；測量值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：，（按肖準(zhǔn)則檢查無壞值）；平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：；電橋的示值極限誤差：；合成不確定度：相對不確定度：(2)的最佳值及不確定度處理方法及步驟同上。(3)電橋的相對靈敏度3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)電阻阻值的測量結(jié)果：(2)電阻阻值的測量結(jié)果：(3)電橋的相對靈敏度（）：附錄2：電橋參數(shù)電橋的示值極限誤差由公式計(jì)算電橋的準(zhǔn)確度等級與所選擇的倍率有關(guān)；電橋各級倍率與有效量程、基準(zhǔn)值、準(zhǔn)確度等級指數(shù)的關(guān)系可見下表：QJ23電橋特性倍率C有效量程(歐姆)基準(zhǔn)值準(zhǔn)確度等級(a)1000106～1111×1041072100105～1111×1031060.510104～1111×1021050.51103～1111×101040.20.1100～11111030.20.0110～111.11020.20.0011～11.11102QJ23a電橋特性倍率C有效量程(歐姆)基準(zhǔn)值準(zhǔn)確度等級(a)1000106～1111×104107201005×105～1111×1031065100105～5×1051062105×104～1111×102105110104～5×1041050.115×103～1111×101040.21103～5×1031040.10.1100～11111030.10.0110～111.11020.20.0011～11.11100.5附錄3：電阻相關(guān)知識電阻按材料分一般有：碳膜電阻、金屬膜電阻、水泥電阻、線饒電阻等。一般的家庭電器使用碳膜電阻較多，因?yàn)樗杀镜土?。金屬膜電阻精度要高些，使用在要求較高的設(shè)備上。水泥電阻和線饒電阻都是能夠承受比較大功率的，線饒電阻的精度也比較高，常用在要求很高的測量儀器上；色環(huán)法表示電阻阻值說明：色環(huán)電阻分為“四色環(huán)”和“五色環(huán)”，先說“四色環(huán)”。顧名思義，就是用四條有顏色的環(huán)代表阻值大小。每種顏色代表不同的數(shù)字，如下：黑0、棕1、紅2、橙3、黃4、綠5、藍(lán)6、紫7、灰8、白9、金、銀表示誤差。各色環(huán)表示意義如下：第一條色環(huán)：阻值的十位數(shù)字；第二條色環(huán)：阻值的個位數(shù)字；第三條色環(huán)：10的冪數(shù)；第四條色環(huán)：誤差表示。例如，電阻色環(huán)：棕綠紅金第一位：1；第二位：5；10的冪為2（即100）；誤差為5%。即阻