實(shí)驗(yàn)9直流單臂電橋(惠斯登電橋)

PAGEPAGE49實(shí)驗(yàn)9直流單臂電橋（惠斯登電橋）一．目的要求1.掌握電橋測(cè)量電阻的原理和方法。2.了解電橋的測(cè)量精確度所依賴的條件。3.學(xué)會(huì)使用箱式電橋。二．引言用伏安法測(cè)電阻，受所用電表內(nèi)阻的影響，在測(cè)量中往往引入方法誤差；用歐姆表測(cè)量電阻雖較方便，但測(cè)量精度不高。在精確測(cè)量電阻時(shí)，常使用電橋進(jìn)行測(cè)量。其測(cè)量方法同電位差計(jì)一樣同屬于比較測(cè)量法。電橋不僅可以測(cè)量電阻，還可以測(cè)量許多與電阻有關(guān)的電學(xué)量和非電學(xué)量（把這類非電學(xué)量通過(guò)一定的手段轉(zhuǎn)換為電學(xué)量進(jìn)行測(cè)量），而且在自動(dòng)控制技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)所討論的是直流單臂電橋（又稱惠斯登電橋），主要是用來(lái)測(cè)量中等阻值（10～105Ω）電阻的；測(cè)量低阻（10～10-5Ω）用直流雙臂電橋（又稱凱爾文電橋）；測(cè)量高阻（106～1012Ω）則用專門(mén)的高阻電橋或沖擊法等測(cè)量方法。三．原理1.電阻的測(cè)量直流單臂電橋的原理性電路如圖所示。它是由四個(gè)電阻Ra、Rb、R0、RX聯(lián)成一個(gè)四邊形回路，這四個(gè)電阻稱做電橋的四個(gè)“臂”。在這個(gè)四邊形回路的一條對(duì)角線的頂點(diǎn)間接入直流工作電源，另一條對(duì)角線的頂點(diǎn)間接入檢流計(jì)，這個(gè)支路一般稱做“橋”。適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)R0值，可使C、D兩點(diǎn)電位相同，檢流計(jì)中無(wú)電流流過(guò)，這時(shí)稱電橋達(dá)到了平衡。在電橋平衡時(shí)有：RaIa=RbIbRXIX=R0I0且Ia=IX,Ib=I0則上式整理可得：圖9.1為了計(jì)算方便，通常把Ra/Rb的比值選作成10n（n=0,±1,±2,…）。令C=Ra/Rb，則：RX=CR0（9.2）可見(jiàn)電橋平衡時(shí),由已知的Ra、Rb（或C）及R0值便可算出RX。人們常把Ra、Rb稱做比例臂，C為比例臂的倍率；R0稱做比較臂；RX稱做待測(cè)臂。四．儀器用具AC5/Ⅱ型指針式檢流計(jì)，比例臂電阻四個(gè)（10Ω，100Ω，100Ω，1000Ω），電阻箱，甲電池二節(jié)，待測(cè)電阻兩個(gè)，電鍵兩個(gè)，滑線變阻器，微安表頭一只（量限200μA,內(nèi)阻700Ω左右），QJ—24型箱式直流電橋，數(shù)字繁用表。五．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.自組單橋測(cè)未知電阻R1、R2，并測(cè)出電橋的靈敏度S1、S2。要根據(jù)R1（即RX）的粗知值（R1在1.2KΩ左右，R2在50Ω左右）正確選取倍率C，即Ra、Rb。測(cè)量完畢，計(jì)算RX的不確定度時(shí)，除考慮橋臂誤差ρc和ρ0外，還應(yīng)考慮到對(duì)電橋平衡的判斷誤差。由于人眼只能分辯出檢流計(jì)0.1格的偏轉(zhuǎn)量，故判斷誤差應(yīng)為0.1/S，因此RX測(cè)量的總相對(duì)不確定度為：(9.7)對(duì)于R1來(lái)說(shuō)，可采用換臂法再測(cè)一次，比較兩次測(cè)出的R1值。取平均以消除倍率誤差。2.用QJ—24型電橋測(cè)R1和R2，并與自組橋的測(cè)量結(jié)果相比較，看看在誤差范圍內(nèi)是否相吻合。3．.用數(shù)字繁用表電阻檔測(cè)量電阻。六．注意事項(xiàng)1.聯(lián)好電路復(fù)查無(wú)誤、倍率C和比較臂R0的值均已選置好、保護(hù)電阻R處于保護(hù)狀態(tài)（K1斷開(kāi)）才許試接電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如接通電源瞬間檢流計(jì)指針錳偏撞針或一點(diǎn)不動(dòng)應(yīng)即斷電檢查原因。2.換測(cè)電阻時(shí)，一定要重新選置Ra、Rb和R0，預(yù)先使橋接近平衡，并且斷開(kāi)K1，使R處于保護(hù)狀態(tài)。改換電路必須先斷開(kāi)電源。3.調(diào)節(jié)電橋平衡時(shí)，應(yīng)采用接通一下檢流計(jì)支路看看偏轉(zhuǎn)大小，適當(dāng)調(diào)節(jié)R0再接通一下檢流計(jì)支路看看偏轉(zhuǎn)大小的辦法，不可使檢流計(jì)在通電情況下調(diào)R0，以免損壞檢流計(jì)或調(diào)節(jié)不精細(xì)。在調(diào)R0時(shí)要根據(jù)檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)大小和方向有目的地從高位至低位順次逼近調(diào)節(jié)，不應(yīng)盲目亂調(diào)。七．考查題1.在用電橋測(cè)量電阻時(shí)恰當(dāng)選取倍率C的目的何在?在實(shí)驗(yàn)中怎樣判斷C選得是否適當(dāng)?2.影響RX測(cè)量精確度的因素有哪些?3.電源電壓不太穩(wěn)定是否影響測(cè)量的精確度?電源電壓太低為什么影響測(cè)量精確度?4.若橋臂回路有導(dǎo)線不通，檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)大或??？若檢流計(jì)支路或電源支路不通，檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)大或??？若C和R0預(yù)置不當(dāng)，檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)大或小？八．思考題1.若電橋保證準(zhǔn)確度測(cè)量范圍為20～99999Ω，要測(cè)一個(gè)1×106Ω左右的電阻，可否用一只1000Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻與之并聯(lián)起來(lái)測(cè)量？能否測(cè)準(zhǔn)？2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)R1和R2時(shí)的電路參數(shù)，由(9.5)計(jì)算電橋靈敏度S1和S2并與測(cè)量值比較，看看是否一致。3.比較用自組橋和箱式橋的測(cè)量結(jié)果，為什么R1的測(cè)量值吻合得好而R2的測(cè)量值吻合得不好呢？（提示：本實(shí)驗(yàn)所用導(dǎo)線每根