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用直流电桥测电阻

精品资料
实验 11 用直流电桥测电阻
一、实验目的
1.掌握直流电桥的工作原理及其结构；
2.学会电桥法测量电阻；
3.了解电桥的灵敏度。
二、仪器用具
（1）型直流电桥（1台）；（2）直流稳压电源（1台）；（3）电阻箱（2只）；（4）灵敏电流计（1只）；（6）待测电阻（1只）；(7)1000电阻（1只）；（8）导线（若干）。
三、仪器介绍
1.检流计
不同阻值电阻的测量方法是不尽相同的，它们各有本身特殊问题。例如在测低值电阻时，线路的接线电阻，接点的接触电阻对测量结果都有影响。一般情况下，电阻大致可分三大类：为低值电阻；为中值电阻；为高值电阻。对于中值电阻范围内的电阻测定，大致有以下几种方法：(1)伏安法；2)电桥法；(3)电位差计法。
电桥测量法已有多年的历史了，在目前的电测技术中应用很广，是常用的基本测量方法之一。本试验主要研究直流电桥的原理、结构及测量方法。
直流电桥又称惠斯登电桥，基本电路是由连接成环形的四个电阻组成（如图3-16）两相对的连接点 与接至电源，这条电路称为电源对角线，而在另外两个相对点与上接平衡指示仪表（电流计），这条电路称为测量对角线，亦称为“桥”，四个电阻
称为桥臂。
实验时，当灵敏电流计的指针指零时，
我们认为电桥达到平衡，则、两点电位
相等，于是则
,
由此得
（1）
若、、均为已知，待测电阻值即
可由式(1)求出。式中称为比率系数。具有这种读测方法的电桥称为平衡电桥。也可根据流过的电流值 (即电流计的示值)来确定测量结果的电桥，则称为不平衡电桥。
我们把图3-16中的称为待测电阻，称为调节电阻(或读数电阻)，与称为电桥的比例臂。通常比例臂是由两组固定电阻(每组含等四、五个电阻)组成。因此比例臂的比例系数往往可按到的倍数比例作跳跃式的改变。但考虑到接触电阻以及电阻本身的稳定性，比例臂电阻常取范围内的电阻值。
2．箱式惠斯登电桥
携带式直流电桥(旧型号为便携式试验器)是把整套仪器包括：标准电阻 (桥电阻)、灵敏电流计、电池、电键以及全部接线都安装在箱内组成。面板如图3-17所示。电路图如图3-18所示。

B
内接

外接
图3-17 QJ23面板图
比率系数设计为
七档，由一个旋钮(比率臂)调节,读数电阻
由四个可调电阻组
成，测量时选择合适的比值使保持4位
有效数字。
例如，当时，需取。
.电桥的灵敏度
式(1)是在电桥平衡的条件下推导出来的。
实际上在电桥调节到平衡时(以电流计指零为
标记)，电流计中不可能绝对没有电流通过，
只不过因为电流太小了电流计指示不出罢了。
既然电流计中有很小电流通过，则表示电桥

没有完全平衡，测量出来的值必然有
误差。在测量时，直接反映在读数电
阻上有一个不确定数值。
在实验中，假设电桥在 时
调到了平衡，则有，这时若把
改变一个量值，电桥便失去平衡，电
流针指针将偏离平衡位置个分度(格数)。
我们定义
图3-18 QJ23电路图
（2）
式（2）称为电桥的“电流相对灵敏度”。值越大，说明电桥越灵敏，测量的误差也越小。
电桥在调到“平衡”时，电流计中尚有很小电流存在，所引起的测量结果的误差涉及多种因素。例如：（1）当电桥趋于平衡时，电流计中电流的大小与电源电动势有关。在考虑到各桥臂元件允许的功率（即额定电流）的情况下，如果增大，可减小测量误差；（2）桥臂阻值与测量误差有关。如待测电阻数值在可调范围内（本实验用ZX21型电阻箱，阻值在0.1～99999.9Ω）。一般说来，取时，由于调节而产生的值最小。
4.交换法消除比率臂的误差影响
在图3-16中，若保持不变，把的位置交换，调节再次使电桥平衡，设电桥平衡时改变为，由电桥原理得
（3）
由式（1）和（3）得
（4）
可以看出式（4）中已没有 ，说明通过交换法可消除由于数值不准而
带来的系统误差。这种将测量中条件（例如被测物体的位置）相互交换，使产生系统误差
的因素对测量的结果起相反的作用，从而抵消了系统误差，是处理系统误差的基本方法之一。
仪器介绍
1.AZl9型直流检流计的使用方法

提手
量程开关
输入端
搭片
屏蔽端
指针
表头
调零端
补偿端
接地端
滤波开关
电池盒
铭牌
输出端
AZl9型检流计正、反面板如图3-19所示，它可作为电桥、电位差的指零仪器使用。

图3-19 AZl9型直流检流计面板图

仪器调节方法：
仪器预热10分钟后，进行开、短路调零，方法如下：
量程开关置于“调零”档，调节“调零”旋钮，使表头指针指零，然后将量程开关置于“30μV”档，如指针偏移，调节“补偿”旋钮，使其重新指零，重复数次，直至量程开关在“调零”和 “30μV”档，表头指针都指零为止。将量程开关置于“30mv”档，用导线与自装电桥连接，即可作电桥指零仪用。
2.AC5／1直流指针式电流计
AC5／1电流计系磁电式电流计，它是利用带有微小电流线圈在永久磁铁的磁场中受力矩作用而偏转的。电流计的反作用力矩是由起导电作用的张丝产生的。
④刻度盘

①接电路
②调零
③锁钮
⑤电计
⑥短路
④刻度盘
图3-20 AC5／1电流计面板图
电流计调节与使用：
(1) 将电流计之接线柱①“+”、“-”接入电路。
(2) 将小旋钮③旋向白圆点处，并用机械调零器
②调零，刻度盘④的零点在中间位置。
(3) 按下电计⑤，电流计接入电路即可测量。
若需长时间接入电路，可将⑤转一角度。
(4) 若指针摆动不停，可按下短路按钮⑥。
（5）电流计使用完毕，须将③移向红点，⑤和⑥
都必须放松，并盖好盖板。
四、 实验内容
1.自搭直流电桥，测定未知电阻。
(1) 按图3-16接好电路，将的滑动端放在
中间位置。电源电压取6V。
（2）合理选取数值。
选取(如1000Ω／1000Ω)，先后调节为10Ω及90000Ω，观察电计指
针偏转方向，若分别偏向零点的左旁及右旁(或右旁及左旁)，这说明在10～90000Ω之间一定有某一个值能使指针指在中间零点(若电流计不指零，说明电桥中某一桥臂没有接通)。比值的选择应保证测量结果要有四位以上有效数字。
（3）调节读数电阻，使电桥平衡，测得。
(4) 将与互易位置，重复上述“(3)”，得。
(5) 重复上述(2)、(3)、(4)步骤，测量。
将上述实验数据填入自拟表格中。
2．自搭的电桥灵敏度测定
(1) 在电桥平衡的基础上，记录，将改变破坏电桥平衡，使指针偏离零点格(约数格)，计算值。
(2) 改变电源电压为 (例如比原值增大2V)，重复步骤(1)观测电桥灵敏度的变化情况。
(3)改变比例臂的比值，重复步骤（1），观测的变化情况。
将上述实验数据填入自拟表格中。
3.用直流电桥测电阻
（1） 将“外接”接线柱短路，电流计机械调零，待测电阻接在两接线柱上。
(2) 估计值，选择比率系数（要考虑有4位有效数字），取值，应使，先按下再按下按钮。调节读数电阻较小数位，使电桥平衡。然后松开和按钮，记录测量数据。
(3) 重复上述步骤(2)，测量值。
4．数据处理要求
（1） 利用式(4)，计算自搭电桥测量的和值。导出的误差传递公式，计算。给出测量结果的正确表示。
(2) 按实验内容2及式(2)分别计算电桥灵敏度值，指出什么情况下电桥的灵敏度最大。哪些因素影响电桥的灵敏度? 值如何变化？
（3） 箱式电桥的准确等级分：0.01,0.02,0.05和0.1级，其测量电阻时的最大允许基本误差计算式为：

其中,K为比率臂系数(倍率)，为准确等级，=0.01或0.02时，b=0.3，=0.05以下时，b＝0.2，为最小步进值(分度值)。根据上式关系，计算用QJ23型所测电阻和的系统误差和,给出正确的表示。

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