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惠斯登电桥测电阻精品资料实验6 用惠斯登电桥测电阻电桥测量法是常用的电阻测量方法之一。平衡电桥是用比较法进行测量的，即在平衡条件下，将待测电阻与标准电阻进行比较以确定其阻值。它具有测试灵敏、精确和方便等特点。电桥电路在自动化仪器和自动控制过程中有许多用途。电桥分为直流电桥和交流电桥两大类。直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥，前者又称惠斯登电桥，主要用于精确测量中值电阻，后者又称凯尔文电桥，适用于测量低值电阻。交流电桥还可以测量电容、电感等物理量。本实验仅限于介绍测量中值电阻（10W100kW）的单臂电桥。实验目的1理解并掌握用电桥电路测定电阻的原理和方法。2学会自搭电桥，并学习用交换（互易）法减小和修正系统误差。3学习使用箱式惠斯登电桥测中值电阻。实验原理电桥电路的基本原理要测量未知电阻Rx，可用伏安法。即测出流过该电阻的电流I和它两端的电压U，利用欧姆定律得出Rx值。但是，用这种方法测量，由于电表内阻的影响，无论采用图6-1（a）或（b）所示的哪一种接法，都不能同时测得准确的I和U值，即有系统误差存在。矛盾的焦点是电表有内阻，表内有电流流过。如何使表内无电流流过，而又能把Rx的阻值测正确？显然用图6-1是不能实现的！要设计新的电路。一个卓有成效的电路就是如图6-2所示的电桥电路。其基本组成部分是：桥臂（四个电阻RA，RB，Rs 和Rx），“桥”平衡指示器（检流计G）以及工作电源（E）和开关（K）。图6-1图6-21惠斯登直流电桥原理惠斯登直流电桥是直流平衡电桥。当电阻箱的电阻Rs改变时，可使BC间的电流方向改变。Rs为某一数值Rs1时，可使UBUC，电流由B流向C，G中指针向某一方向偏转；改变Rs数值为另一数值时可使UCUB，电流由C流向B，G中指针向反向偏转；当Rs改变为（或）中某一值时，恰好使UB=UC，则检流计G中无电流流过，即Ig =0，这时 称为电桥平衡。此时：。即。因为G中无电流，所以，上列两式相除，得：（1）称k为比率常数，RA，RB为比例臂，为比较臂，Rx为测量臂。由（1）式可看出调节电桥平衡有两种方法。取比率系数k不变，调节比较臂Rs;取比较臂Rs不变，调节比率系数k。后一方法准确度很低，几乎已不使用；而前一方法行之有效，准确度较高，因此被广泛采用。平衡电桥法测电阻的误差主要来源于（1）本身的误差；（2）电桥灵敏度误差。下面分别予以讨论。2交换法（互易法）减小和修正自搭电桥系统误差：我们先自搭一个电桥，设电桥灵敏度足够高，主要考虑引起的误差。此时如何减小和修正这一系统误差呢？可用交换法（互易法）。此法是：先用图6-2 搭好电桥，调节Rs使G中无电流，记下Rs值由式（1）求Rx。然后将Rs和Rx交换（互易），再调节Rs使G中无电流，记下此时的Rs，可得 （2）式（1）、（2）两式相乘得： 。（3）这样就消除了由RA、RB本身的误差对Rx引入的测量误差，由式（3）求出Rx的测量误差为：（4）实验中，Rs可选用具有一定精度的标准电阻箱，以减小系统误差。（4）式的右边只与电阻箱的仪器误差有关。实验室中常用的十进位转盘直流电阻箱，其它仪器允许的相对误差为： （5）其中a是电阻箱准确度等级，Rs是电阻箱指示值，R是最小步进值，b是与准确度等级有关的系数。一般常用的0.1级十进位电阻箱的a=0.1，b=0.2，R=0.1W。 （6）3惠斯登电桥灵敏度及由电桥灵敏度引入的误差电桥灵敏度的物理意义是：在电桥平衡时（），若比较臂Rs变动，电桥就失去平衡，有电流Ig流过检流计。但如果Ig小到使检流计反映不出来，那么我们就会认为电桥还是平衡的，因而得出就是由于电桥灵敏度不够而带来的测量误差。为此我们引入电桥灵敏度的概念，它定义为： （7）其中Dd是对应于待测电阻的相对改变量（实测中用来代替），引起的桥路上G中偏转改变量（格数）。电桥灵敏度S越大，对电桥平衡的判断就越准确，测量结果也更准确些。S的大小与电源电压的大小有关，即提高电源电压，可提高电桥的灵敏度（注意不要超过电阻允许通过的最大电流）；同时S的大小与桥臂的电阻也有关，可以证明：当RA=RB，Rs=Rx时，电桥的灵敏度最大。一般，在实验中由电桥灵敏度引入的误差，是这样估测的：即在电桥平衡时，使改变，而检流计指针偏离零点0.2格（人眼能觉察到的的界限）。实际测量中往往是采取在电桥平衡时，改变某一值，使指针偏离零点为2格，然后再取实验仪器 QJ-23型箱式电桥的说明1电桥臂上电阻的组成QJ-23型电桥是目前应用最广的一种商品电桥，它的原理如图6-3所示。其中和作为比例臂，为比较臂，改变C点的位置就可以改变的值。当选择开关c与“10-1”位置相连时，便有图6-3 若取时，则的准确度可达万分之几，与c在“10”位置几乎相同，然而的准确度较低一个量级，所以此时Rx的系统误差主要取决于Rs,而不是。由图可知比较臂有四只可变的标准电阻器相互串联，它们组成了，其阻值分别为：91W、910W、9100W和91000W，总阻值可达9999W。2本仪器适用于测量19999000W范围内的电阻，基本量程为10099990W，其准确度见表6-1所示。表6-1倍率测量范围准确度电源电压/V10-319.999W1%4.510-21099.99W0.5%10-1102999.9W0.2%11039999W0.2%6101044104W0.2%15510499990W在测量50kW以上的电阻时，要外接高灵敏度检流计。 0.2%102105999900W0.5%1031069999000W1%3本仪器内附的检流计，电流计常量小于。点连接位置不同所对应的比值如下表：表6-2C点位置10-310-210-11101021030.0010000.0100000.100001.000010.000100.001000周期小于4s内附：4.5V干电池4仪器面板元件安置如图6-4所示右上角四只读数盘就是，右下角有接的两个端钮和接通电源、 图6-4接通检流计的两只按钮B、G，（如果需要长时间接通，可在按卞后沿顺时针方向旋转，即可锁住)，中上部分是比例臂选择开关，也称为倍率旋钮，它的下面是检流计，左面由上往下分别是“+、-、内、G、外”五个接线端钮，“+、-”为外接电源的输人端钮，“内、G、外”为检流计选择端钮，当“G，和“内”由短路片连接时，则在“G”和“外”间需外接检流计，在“G”和“外”短接时，本仪器内附的检流计已接人桥路之中。5在一般正常情况下，比例臂放在“1厂档，比较臂放在1000W上，按下B然后短时间按G，这时将看到检流计指针在晃动，如果指针偏向“+”的一边说明被测电阻大于1 000W，可把比例臂放在“10”档，再次按和，如果指针仍偏向“+”的一边，可把比例臂放在“100”档，如果指针开始向“”方向偏，则可知待测电阻值已接近，然后调节四个比较臂的读数盘直到电桥平衡，根据计算可得到的粗测值。进一步细测可按表1所列数据选定合适的比例臂重新测量，为了保证待测阻值较大时有一定的准确度和灵敏度，在检流计不更换的条件下可适当提高电源电压。 6测量电感性电阻时，应先按再按，断开时先放开G再放开。 7电桥使用完毕应取出电池，开放按钮，短路检流计。 实验内容1用电阻箱、检流计组成惠斯登电桥测量电阻（1） 图6-5参照图6-5连接电路。与图6-2相比，在“桥”路开关KG上并联一个高电阻RM，其作用是保护检流计，方便平衡状态的调节。当电桥不平衡时，不必每次揿KG，可以连续调节Rs，而流经G的电流不会太大，直至调节Rs使G中指针到零附近时，电桥已接近于平衡状态，此时揿下KG使高电阻短路，“桥”路灵敏度很高，再仔细调节Rs使G指针准确指零。注意：电路连接后应仔细检查，并请教师复查无误后才能接通电源。为了比较迅速调节到平衡点，常用反向区逐次逼近法，即调节某一值时观察G的偏转方向。取一个与相差较大的使G向反向偏转，这样平衡时的Rs值必在与之间，并且可由正向与反向偏转时偏离“0”的大小，推测是靠近还是，然后继续用反向法由两端逐渐向中央“0”处靠拢，直至平衡。（2）测量与数据处理先用万用表粗测待测电阻Rx阻值，取RA=RB，且其数量级与Rx相同，E取68V，预置在Rx的粗测值附近，RM取几千欧姆即可。按（1）所述要领进行调节，至KG揿下时，G指针指零。记下此时Rs读数。然后将互换位置，再依法泡制，记下电桥平衡时的值。根据式（3）（4）处理数据，测量结果表示为2设电桥灵敏度足够高，故不计由电桥灵敏度引入的误差。2按上述步骤测量另一个电阻，再将串联和并联，分别测出其等效电阻，并计算测量误差，写出测量结果的完整表达式。2用箱式电桥测量电阻（1）仪器调整箱式电桥使用前要对检流计调零，将电桥面板上“内”、“外”接线柱上金属片接在“外”和“G”之间，然后轻轻调节面板上检流计调零旋钮，使检流计指针准确指零。（2）测量并对灵敏度及其误差进行研究。所需测量电阻同1，按规定部位接上外接电源和待测电阻，根据电阻粗测值选取合适的倍率，所谓“合适的倍率”，是使测量结果的有效数字最多，即比较臂的四个读数盘都用上。根据电阻粗测值及倍率值预置比较臂的值，然后调节至检流计指零。记下此时倍率kr及比较臂的值，则。对各测量电阻分别进行电桥灵敏度S和灵敏度引入的误差的研究3由于箱式电桥各比较臂的阻值准确度较高，所以最后结果的测量误差，可仅用灵敏度引入的误差Rs表示。3。研究方法自拟。（此为选做内容）注意事项1箱式电桥使用时，电源接通时间均应很短，即不能将B、G两按钮同时长时间按下；测量时，应先按B后按G，断开时，必须先断开G后断开B。并养成习惯。（想一下为什么？）2箱式电桥所用电源的电压大小请看清实验室提供的说明书或资料，按规定取值。3调节比较臂的四个电阻旋钮时，应由大到小。当大阻值的旋钮转过一格，检流计的指针从一边越过零点偏到另一边时，说明阻值改变范围太大，应改变较小阻值旋钮。钮动旋钮时，要用电桥的平衡条件作指导，不得随意乱钮。4测量完毕后必须断开B和G。思考题1当惠斯登电桥达到平衡后，若互换电源与检流计位置（参考图6-2），电桥是否仍保持平衡？试证明之。2电桥的灵敏度是否越高越好？为什么？3用什么方法修正自组电桥的系统误差？电阻箱误差如何决定？4什么是电桥灵敏度？为什么要测量电桥的灵敏度？如何测量灵敏度并决定灵敏度引入的误差？仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢8