雙臂電橋測電阻.doc

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1、物理實驗報告一、實驗項目：單、雙臂電橋測電阻二、實驗?zāi)康模海?）掌握用惠斯登電橋及開爾文電橋精測電阻的原理和使用方法（2）掌握線路連接和排除簡單故障的技能（3）理解電橋靈敏度的概念并學會測量三、實驗儀器：電阻箱（ZX21型，0.1級3只），滑線變阻器，待測電阻（1Ω以下、幾十Ω、幾kΩ電阻各一只），檢流計（AC5/1型），直流穩(wěn)壓電源，單刀開關(guān)，雙刀換向開關(guān)，箱式電橋（QJ45型，0.1級），箱式雙臂電橋，導(dǎo)線若干。三、實驗原理1．惠斯登電橋測電阻圖1惠斯登電橋原理圖（1）惠斯登電橋的電路如圖1所示，被

2、測電阻Rx和標準電阻R0及電阻R1、R2構(gòu)成電橋的四個臂。在CD端加上直流電壓，AB間串接檢流計G，用來檢測其間有無電流（A、B兩點有無電位差）?！皹颉敝窤B這段線路，它的作用是將A、B兩點電位直接進行比較。當A、B兩點電位相等時，檢流計中無電流通過，稱電橋達到了平衡。這時，電橋四個臂上電阻的關(guān)系為：（1）上式稱為電橋平衡條件。若R0的阻值和R1、R2的阻值（或R1/R2的比值）已知，即可由上式求出Rx。調(diào)節(jié)電橋平衡方法有兩種：一種是保持R0不變，調(diào)節(jié)R1/R2的比值；另一種是保持R1/R2不變，調(diào)節(jié)電

3、阻R0，本實驗用后一種方法。（2）．關(guān)于電橋靈敏度的概念因檢流計的靈敏度是有限的，在電橋調(diào)到認為“平衡”時，檢流計中不一定絕對沒有電流通過，從而給測量帶來誤差。為此我們引入電橋靈敏度S的概念（2）定義相對靈敏度S相為：（3）在計算由靈敏度帶來的不確定度時，通常假定檢流計的0.2分度為難以分辨的界限，即取Δn=0.2，則由靈敏度帶來的不確定度：，（4）為得到較大的靈敏度，在自組電橋中R1≈R2，即R1/R2≈1。2．開爾文電橋的測量原理當被測電阻較?。?Ω以下）時，測量電路中用連接導(dǎo)線電阻和各接線端鈕的接

4、觸電阻的影響不能忽略。開爾文電橋的設(shè)計克服了附加電阻對結(jié)果的影響，能夠測量1Ω~10-5Ω的低值電阻。其原理見圖2。圖2開爾文電橋原理圖r1、r2、r3、r4、r即代表各段線路的附加電阻(10-3～10-5Ω)，因R3、R4的引入，形成雙橋，故稱雙臂電橋或稱開爾文電橋，調(diào)整R1、R2、R3、R4，使檢流計中無電流通過，稱電橋平衡，這時A、B兩點電位相等。當滿足（5）時，有（6）四、實驗內(nèi)容1、用自組惠斯登電橋測兩未知電阻值及相應(yīng)的電橋靈敏度圖3惠斯頓電橋接線圖按圖3接線自搭惠斯登電橋。圖中R/是保護電阻

5、，防止大電流通過檢流計，保護檢流計（允許通過的電流在10-4A以下），但是保護電阻大，電橋靈敏度降低，如何使用保護電阻才能即保護檢流計又使電橋靈敏度盡可能高？R是滑線變阻器，由滑動端B將其分為R1和R2，作為電橋的兩個臂；K3是雙刀換向開關(guān)，其作用是在不需要拆線路的情況下方便地交換Rx和R0的位置。（1）工作條件：電源電壓取4伏；B點在中間附近；（2）測量電阻時采用交換法，即將K3打到一邊，調(diào)整R0，使電橋平衡后有（7）B點不變，將Rx、R0互換位置（將K3打到另一邊）再調(diào)整R0為，使電橋平衡后有：（8

6、）由（7）、（8）式得：（9）（3）交換法消除了裝置不對稱引起的系統(tǒng)誤差，待測電阻阻值只與標準電阻直接相關(guān)，不需滑線變阻器的讀值。保證該測量方法的高精度。（4）測電橋的相對靈敏度S相。在電橋平衡時改變R0，使檢流計偏轉(zhuǎn)3~5格，由式（5）計算出S相2．用箱式電橋測兩未知電阻值及其串并聯(lián)的阻值根據(jù)待測電阻阻值的大小選擇適當?shù)谋壤?，使比較臂的四個旋鈕都用上，可保證多的有效數(shù)字位數(shù)。為保護檢流計，開始調(diào)電橋時，先將靈敏度調(diào)低。在低靈敏度時調(diào)電橋平衡后，邊逐漸提高靈敏度邊調(diào)平衡，直至最高靈敏度。3．用開爾文電

7、橋測金屬棒電阻率根據(jù)箱式雙臂電橋的儀器說明書測量四端電阻的阻值，測量時注意四端電阻的接法及選取合適的R/R(或R/R)值。通電時間要短，避免被測材料發(fā)熱而導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。五、注意事項（1）擬好實驗步驟，接好線路，經(jīng)檢查無誤后方可通電實驗，注意電源電壓；（2）注意保護電阻的使用。在測量開始時，電橋通常遠離平衡，必須通過大保護電阻保護檢流計，在調(diào)整到平衡點附近后，又必須逐漸減少保護電阻阻值直至為零，以保證電橋足夠靈敏；（3）檢流計為靈敏易損儀器，請輕拿輕放，測量使用躍接法。六、數(shù)據(jù)記錄與處理1．用自組

8、惠斯登電橋測電阻及其電橋靈敏度（1）數(shù)據(jù)記錄與計算單位：歐姆R0R0/RxΔnΔR0Δn/ΔR0/S相S相/Rx1122.7128.6125.631.021.0368.1257.2Rx22576.72695.02635.2410.0310.01030.7808.5（2）誤差分析實驗為一次性測量，測量結(jié)果的不確定度由B類測量不確定度評價，具體分析如下：（a）電阻箱示值誤差造成的測量不確定度ux1，因，所以由不確定度傳遞公式得到（10）其中n為