用惠斯登电桥测电阻.pptx

电桥电桥是一种用是一种用比较法比较法测量的仪量，即将测量的仪量，即将未知量跟已知量相比较进行测量，它具有较未知量跟已知量相比较进行测量，它具有较高的灵敏度和准确度，在自动控制和瞬息万高的灵敏度和准确度，在自动控制和瞬息万变动检测中得到广泛的应用。变动检测中得到广泛的应用。根据用途不同，电桥有多种类型，其性根据用途不同，电桥有多种类型，其性能构造各有特点。在各种电桥中，惠斯登电能构造各有特点。在各种电桥中，惠斯登电桥是其中最基本的一种。它通常用来准确测桥是其中最基本的一种。它通常用来准确测量量10 的中值电阻，的中值电阻，惠斯登电桥又称直惠斯登电桥又称直流单臂电桥流单臂电桥。【实验目的实验目的1了解了解桥式电路的基本结构及测电阻的桥式电路的基本结构及测电阻的原理原理2掌握掌握桥式电路的连接和调节电桥平衡桥式电路的连接和调节电桥平衡 的方法的方法3学会学会用自组电桥和箱式电桥测电阻用自组电桥和箱式电桥测电阻【实验仪器实验仪器】旋转式电阻箱，检流计，滑旋转式电阻箱，检流计，滑线变阻器，比例电阻盒，待线变阻器，比例电阻盒，待测电阻盒，开关，测电阻盒，开关，直流稳压直流稳压电源。电源。QJ-23QJ-23型箱式电桥型箱式电桥【实验原理实验原理】如果将待测电阻如果将待测电阻Rx与标准电阻并联到电与标准电阻并联到电源上，如图（源上，如图（1）所示，则有）所示，则有：，即，即图（图（1）如果两支路的电流如果两支路的电流 、和标准电阻的和标准电阻的阻值阻值 已知，则可求出已知，则可求出 。这是从数学。这是从数学表达形式上看。如果从物理实验方面看，表达形式上看。如果从物理实验方面看，要用上式求要用上式求 。还必须解决。还必须解决两个问题：两个问题：一一是是 、怎样测？若用电流表测则不可避怎样测？若用电流表测则不可避免地存在误差；免地存在误差；二是二是公式是通过并联条件，公式是通过并联条件，即相比较的两电阻即相比较的两电阻 、两端的电压相同两端的电压相同而得到的。怎样确保这个条件？而得到的。怎样确保这个条件？图图(2)惠斯登惠斯登1843年发明的电年发明的电桥解决了以上两个问题。桥解决了以上两个问题。他在他在AB和和AD之间用标之间用标准电阻准电阻 代替代替 。在。在BD之间用灵敏电流之间用灵敏电流计确定两点等电势。这计确定两点等电势。这样由图（样由图（1）改为图）改为图（2）的惠斯登电桥）的惠斯登电桥(又又称单电桥称单电桥)。由于检流计在由于检流计在BD支支路像路像“桥桥”一样架于一样架于BD之间。故称为之间。故称为 电桥。电桥。、称为四个称为四个桥臂。桥臂。称为比例臂。称为比例臂。为比较臂。为比较臂。为待测为待测臂。当臂。当BD两点电势相两点电势相等时，灵敏电流计等时，灵敏电流计G中中无电流通过。无电流通过。=0.指针指针不偏转，称为电桥平不偏转，称为电桥平衡。否则电桥不平衡。衡。否则电桥不平衡。由于电桥采用待测电阻与标准电阻由于电桥采用待测电阻与标准电阻相比较的方法。而制造较高精度的相比较的方法。而制造较高精度的标准电阻并不困难。同时，灵敏电标准电阻并不困难。同时，灵敏电流计只用来判断有无电流，只要有流计只用来判断有无电流，只要有足够的灵敏度即可。不存在接入误足够的灵敏度即可。不存在接入误差。因此，用电桥测电阻准确度高，差。因此，用电桥测电阻准确度高，这是电桥测电阻的主要优点。这是电桥测电阻的主要优点。惠斯登电桥是最常用的惠斯登电桥是最常用的直流电桥。当直流电桥。当B、D两点两点间电势不等时，有电流间电势不等时，有电流通过检流计，电桥不平通过检流计，电桥不平衡。调节衡。调节 ，使检流计，使检流计中电流为零中电流为零(=0)，此，此时时B、D两点间电势相等，两点间电势相等，电桥达到平衡，于是有电桥达到平衡，于是有 ,此式即为本实验的测量此式即为本实验的测量公式。式中公式。式中C=R1/R2称称为比例系数为比例系数 由测量公式知，当电桥平衡时，四个由测量公式知，当电桥平衡时，四个桥臂的电阻间有一个桥臂的电阻间有一个简单的简单的关系：两相关系：两相对桥臂电阻的乘积相等。对桥臂电阻的乘积相等。显然，显然，Rx可由标准电阻可由标准电阻R1、R2 和和Rs求得，与电源的电压无关。所以，电桥测求得，与电源的电压无关。所以，电桥测电阻实质上是比较测量法。由于标准电阻电阻实质上是比较测量法。由于标准电阻有很高的精确度，因而用电桥测电阻也有有很高的精确度，因而用电桥测电阻也有很高的精确度。很高的精确度。为了测量方便，箱式电桥上、比例系数为了测量方便，箱式电桥上、比例系数C=R1/R2取成固定比率取成固定比率(倍率倍率)。测量时。测量时先确定先确定C，然后调节，然后调节Rs使电桥平衡，由使电桥平衡，由公式公式Rx=CRs得到测量结果。得到测量结果。【实验内容及步骤实验内容及步骤】一用自组电桥测电阻一用自组电桥测电阻1合理布置仪器，按线路图接线，打开合理布置仪器，按线路图接线，打开工作电源，调输出电压为工作电源，调输出电压为5.0V。2取取R1:R2=1:1用万用表粗测，用万用表粗测Rx值值()，调，调 RsRx，并使，并使Rn阻值最大。接通电阻值最大。接通电源，合闸刀源，合闸刀K1，用万用表检测，用万用表检测AB和和AD两电压，调两电压，调Rs使之约等；点按检流计电使之约等；点按检流计电计钮，调计钮，调Rs使电桥平衡使电桥平衡(检流计无电流通检流计无电流通过过)。调。调Rn阻值最小，合闸刀阻值最小，合闸刀K0(使保护使保护电阻短路电阻短路)，再次点按检流计电计钮，微，再次点按检流计电计钮，微调调Rs使电桥完全平衡，记使电桥完全平衡，记Rs的示值（即的示值（即Rx值）。值）。3交换交换R1与与R2的位置，重复步骤的位置，重复步骤2，记下，记下示值示值Rs，并根据公式，并根据公式 求出待测求出待测电阻。由自组电桥不确定度公式计算电阻。由自组电桥不确定度公式计算Rx的的不确定度不确定度 ，写出结果表达式。电阻箱误，写出结果表达式。电阻箱误差公式差公式 ，式中，式中为电为电阻箱准确度等级，阻箱准确度等级，Rs为测量时电阻盘示值，为测量时电阻盘示值，N为测量时实际使用的电阻盘个数。为测量时实际使用的电阻盘个数。4.取取R1:R2=1:2,用万用表粗测用万用表粗测Rx值值()，重复，重复2、3步骤，求出第二个待测电阻。步骤，求出第二个待测电阻。二用箱式电桥测电阻二用箱式电桥测电阻1将电桥上检流计（将电桥上检流计（G）的联接片从）的联接片从“内内接接”换到换到“外接外接”,用万用表粗测待测电阻用万用表粗测待测电阻Rx的阻值，并将的阻值，并将Rx接入电桥回路。接入电桥回路。2选择适当的倍率选择适当的倍率(C)，粗调四个刻度盘，粗调四个刻度盘(Rs)与与Rx约等，按下约等，按下B和和G健，微调刻度盘，健，微调刻度盘，使检流计指针为零。此时，电桥达到平衡，使检流计指针为零。此时，电桥达到平衡，记下记下Rs的示值和的示值和C值。值。3.在电桥达到平衡基础的上微微改变刻度在电桥达到平衡基础的上微微改变刻度盘示值盘示值,使使Rs改变为改变为Rs+Rs,观察检流计指观察检流计指针的偏转情况针的偏转情况,记下检流计指针偏离平衡位记下检流计指针偏离平衡位置的格数和置的格数和Rs。4待测电阻板由待测电阻板由2个电阻组成，重复个电阻组成，重复1、2、3步骤分别测出每个电阻及其串联和并联步骤分别测出每个电阻及其串联和并联情况下的四个阻值。情况下的四个阻值。5箱式电桥误差公式：箱式电桥误差公式：，式中式中为电桥准确度等级；为电桥准确度等级；Rs为测量时刻度为测量时刻度盘示值；盘示值；R0称为基准值，随测量范围变化，称为基准值，随测量范围变化，定义为各量程内最大的定义为各量程内最大的10的整数幂。的整数幂。检流计的误差公式：检流计的误差公式：，式，式中中C为倍率，为倍率，Rs为电桥平衡后刻度盘示值为电桥平衡后刻度盘示值的微小改变量；的微小改变量；n为改变为改变Rs后检流计指针后检流计指针偏离平衡位置的格数。根据箱式电桥的不偏离平衡位置的格数。根据箱式电桥的不确定度公式，求出各自的不确定度，并写确定度公式，求出各自的不确定度，并写出结果表达式。出结果表达式。【实验教学指导要点实验教学指导要点】1自组电桥接线时，应先接四个桥臂，自组电桥接线时，应先接四个桥臂，再接桥支路，再接桥支路，最后接入电源。最后接入电源。2用电桥测电阻之前，用电桥测电阻之前，必须先用万用表必须先用万用表粗测待测电阻的阻值粗测待测电阻的阻值，并调，并调RsRx，以以保护检流计。保护检流计。3自组电桥自组电桥Rn 调大是减小电流降低调大是减小电流降低G的的灵敏度并保护灵敏度并保护G，由大调小是经过一次粗，由大调小是经过一次粗调后提高调后提高G的灵敏度。的灵敏度。4自组电桥测量中交换自组电桥测量中交换R1和和R2是为了消除是为了消除比例臂电阻不等值的测量误差，第一次测比例臂电阻不等值的测量误差，第一次测出出 ，交换，交换R1与与R2的位置的位置 后测出后测出 ，则，则 。5箱式电桥自身带有电源，测量中不用再箱式电桥自身带有电源，测量中不用再外接电源。外接电源。使用时使用时B、G两个电健要同时使两个电健要同时使用，但需先按下用，但需先按下B，再按下，再按下G；断开时则先；断开时则先松开松开G，再松开，再松开B，以保护检流计。，以保护检流计。6选取适当的倍率（选取适当的倍率（C），），目的是目的是使箱式使箱式电桥上的四刻度盘都被用上，电桥上的四刻度盘都被用上，也就是测量也就是测量值要有四位有效数字。值要有四位有效数字。7箱式电桥在测量中量程不同时，其准箱式电桥在测量中量程不同时，其准确度等级不同，即确度等级不同，即的取值有变化，的取值有变化，请记请记录仪器背板上的有关数据。录仪器背板上的有关数据。8.测量完毕，测量完毕，应将连接片重新换到应将连接片重新换到“内接内接”上，以保护检流计上，以保护检流计。9.必须必须按规定选择电桥测电压，若电源电压按规定选择电桥测电压，若电源电压低于规定值，会使电桥灵敏度降低，若高低于规定值，会使电桥灵敏度降低，若高于规定值则可能烧坏桥臂电阻。于规定值，则可能烧坏桥臂电阻。10.检流计指针不动，除了检流计损坏或锁检流计指针不动，除了检流计损坏或锁扣未推下外，原因可能是电路回路未接通扣未推下外，原因可能是电路回路未接通或或“桥桥”对角线对角线B、D断开。排除故障的顺断开。排除故障的顺序是先用万用表检查电源有关输出，合上序是先用万用表检查电源有关输出，合上开关片后，检查开关片后，检查A、C两点间有无电压，最两点间有无电压，最后分段检查后分段检查“桥桥”对角线上导线和连接是对角线上导线和连接是否完好（检流计不能直接用万用表的测电否完好（检流计不能直接用万用表的测电阻档检查！）如果仍未查出，肯定是四个阻档检查！）如果仍未查出，肯定是四个桥臂中两邻的两个电阻同时不通造成的。桥臂中两邻的两个电阻同时不通造成的。11.检流计指针偏向一边：原因可能是电桥的检流计指针偏向一边：原因可能是电桥的比率臂（倍率）选得不恰当。若是比率臂选比率臂（倍率）选得不恰当。若是比率臂选择不当，则改变比率臂的值就能使指针偏向择不当，则改变比率臂的值就能使指针偏向另一边。如果不论比率臂和比较臂另一边。如果不论比率臂和比较臂Rs取什么取什么值，指针总向一边偏转。设电流总是从值，指针总向一边偏转。设电流总是从D流流向向B，则四个桥臂中必是有一个桥臂断开，则四个桥臂中必是有一个桥臂断开，或者两个正对的桥臂同时断开。这种故障只或者两个正对的桥臂同时断开。这种故障只要用一根完好的导线就可能检查出来要用一根完好的导线就可能检查出来（检查（检查前必须先增大前必须先增大Kn的值，以减小电路的工作的值，以减小电路的工作电流）。电流）。当用一根导线将某一桥臂短路时，如果检流计当用一根导线将某一桥臂短路时，如果检流计的指针偏转的方向不变，则说明该桥臂是断开的指针偏转的方向不变，则说明该桥臂是断开的；如果检流计指针偏转的方向不变，则说明的；如果检流计指针偏转的方向不变，则说明桥臂是完好的；如果检流计的指针不再偏转，桥臂是完好的；如果检流计的指针不再偏转，则说明该桥臂对面的桥臂是断开的，将断开的则说明该桥臂对面的桥臂是断开的，将断开的桥臂接通后，再利用上述方法来判断用导线短桥臂接通后，再利用上述方法来判断用导线短路的桥臂是否完好，将查出的断开桥臂中坏的路的桥臂是否完好，将查出的断开桥臂中坏的导线或电阻换下，故障可排除。导线或电阻换下，故障可排除。12.检流计指针摇摆不定：原因可能是电路中检流计指针摇摆不定：原因可能是电路中某根导线接触不良引起，可轻轻抖动各根导线，某根导线接触不良引起，可轻轻抖动各根导线，找出接触不良的位置，把故障排除。找出接触不良的位置，把故障排除。【实验思考题实验思考题】1、实验还可用几种比率测某电阻的、实验还可用几种比率测某电阻的阻值阻值?你能用几种方法何种仪器测电阻？你能用几种方法何种仪器测电阻？答：答：此实验就实验室的自组电桥仪器设备此实验就实验室的自组电桥仪器设备,还可用还可用1:3，:，:等几种比率测某等几种比率测某电阻的阻值；此实验用箱式电桥，还可用电阻的阻值；此实验用箱式电桥，还可用0.001，0.01，10，100，1000等几种比率测等几种比率测量，结果为四位有效数字，其测量阻值范量，结果为四位有效数字，其测量阻值范围分别为：围分别为：1-9.999,10-99.99,10000-99990,100000-999900,1000000-9999000。在测量方法上，在测量方法上，有以下几种方法：有以下几种方法：1.（间接比较法）（间接比较法）当当K接通接通1时，由欧姆时，由欧姆定律可知定律可知 当当K接通接通2时，电压不时，电压不变，有变，有 。细调。细调 ，使，使 则则2.半偏法半偏法当当K1,K2闭合时（闭合时（Rx）,调节调节Rs使电流表满偏，使电流表满偏，可得可得Rs的读数值的读数值R1；当；当K1闭合闭合K2断开时，调节断开时，调节Rs使电流表满偏，可得使电流表满偏，可得另一另一Rs的值的值R2，由欧姆，由欧姆定律有定律有 因因I1=I2,有有Rx=2R1-R2伏安法伏安法电流表外接，有电流表外接，有（Rv为电压表电阻）为电压表电阻）比较法比较法当当K1,K2闭合时，测闭合时，测出此时的电流出此时的电流I1,当当K1闭合，闭合，K2断开时，断开时，细调细调Rs,此时的电流此时的电流为为 ,由欧由欧姆定律得：姆定律得：，则，则补偿法补偿法调调R,使此时的电压使此时的电压合适（约为合适（约为Es），再），再合上，细调合上，细调Rs，使敏，使敏流计读数为零，则流计读数为零，则直接测量法：用电表直接测量。（略）直接测量法：用电表直接测量。（略）2.请写出自组电桥测一根长为请写出自组电桥测一根长为L，面积为，面积为S电阻棒的电阻率的主要步骤？电阻棒的电阻率的主要步骤？答：答：(1)合理布置仪器，按线路图接线，合理布置仪器，按线路图接线，打开工作电源，调输出电压为打开工作电源，调输出电压为5.0V。(2)取取R1:R2=1:1，用万用表粗测，用万用表粗测Rx值，值，调调 RsRx，并使，并使Rn阻值最大。接通电源，阻值最大。接通电源，合闸刀合闸刀K1，用万用表检测，用万用表检测AB和和AD两电压，两电压，调调Rs使之约等；点按检流计电计钮，调使之约等；点按检流计电计钮，调Rs使电桥平衡使电桥平衡(检流计无电流通过检流计无电流通过)。调调Rn阻值最小，合闸刀阻值最小，合闸刀K0(使保护电阻短路使保护电阻短路)，再次点按检流计电计钮，微调，再次点按检流计电计钮，微调Rs使电桥使电桥完全平衡，记完全平衡，记Rs的示值（即的示值（即Rx值）。值）。(3)交换交换R1与与R2的位置，重复步骤的位置，重复步骤2，记，记下示值下示值Rs，并根据公式，并根据公式 求出求出待测电阻。待测电阻。(4).由公式由公式 算出电阻棒的电阻率算出电阻棒的电阻率