惠斯通電橋測(cè)電阻試驗(yàn)報(bào)告

1、肇 慶 學(xué) 院肇慶學(xué)院電子信息與機(jī)電工程學(xué)院普通物理實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)報(bào)告級(jí)班組 實(shí)驗(yàn)合作者 實(shí)驗(yàn)日期 姓名：學(xué)號(hào)_ 老師評(píng)定實(shí)驗(yàn)題目：惠斯通電橋測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解電橋測(cè)電阻的原理和特點(diǎn)。2 學(xué)會(huì)用自組電橋和箱式電橋測(cè)電阻的方法。3 測(cè)出若干個(gè)未知電阻的阻值。實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理：1 橋式電路的基本結(jié)構(gòu)。電橋的構(gòu)成包括四個(gè)橋臂 （比例臂R2和R3，比較臂R4,待測(cè)臂 G和工作電源E。在自組電橋線路中還聯(lián)接有電橋靈敏度調(diào)節(jié)器Rg2 .電橋平衡的條件?；菟雇姌颍ㄈ鐖D1所示）由四個(gè)“橋臂”電阻（R2、R3、 E組成。b、d間接有靈敏電流計(jì) G。當(dāng) 此時(shí)電橋平衡。所以，電橋平衡的條件是：Rx）, “橋”一一

2、平衡指示器（檢流計(jì)） （滑線變阻器）。的靈敏電流計(jì)）和一個(gè)電源 中無(wú)電流流過(guò)，指針不偏轉(zhuǎn),Uab=U ad, Ubc=U dc, 由于平衡時(shí)lg 0，所以b、d間相當(dāng)于斷路，故有可得14=1 3所以ixRIx=l2I4R4般把r4 r2R3RX 或1 3R31 2R2RxT2 R4R3R2R3稱(chēng)為“倍率”或“比率”,R4、和Rx）、一個(gè)“橋”（b、d間所接b、d兩點(diǎn)電位相等時(shí)，靈敏電流計(jì) Gb、d兩點(diǎn)電位相等。此時(shí)有c儀器名稱(chēng)直流電源滑線變阻器1滑線變阻器2 1檢流計(jì)型號(hào)DH1718CJ2354J2354AC5/2規(guī)格0-30V 5A100Q1000 Q1 x 10-8A/div電阻箱的型號(hào)、

3、規(guī)格及各檔的等級(jí)電阻箱型號(hào)規(guī)格x10000x 1000x 100x 10x 1x 0.1x 0.01R2ZX38A/10r 11111QP無(wú)r 0.10.10.20.5 ”2 :5R3ZX25a11111Q無(wú)0.020.020.050.225R4ZX21a111111 Q0.10.10.20.52.05.0無(wú)Rx=KR4要使電橋平衡，一般固定比率 K，調(diào)節(jié)R4使電橋達(dá)到平衡。3 自組電橋不等臂誤差的消除。實(shí)驗(yàn)中自組電橋的比例臂（R2和R3）電阻并非標(biāo)準(zhǔn)電阻，存在較大誤差。當(dāng)取K=1時(shí)，實(shí)際上R2與R3不完全相等，存在較大的不等臂誤差，為消除該系統(tǒng)誤差，實(shí)驗(yàn)可采用交換測(cè)量法進(jìn)行。先按原線路進(jìn) 行

4、測(cè)量得到一個(gè) R4值，然后將R2與R3的位置互相交換（也可將 Rx與R4的位置交換），按同樣方法再測(cè) 一次得到一個(gè) R 4值，兩次測(cè)量，電橋平衡后分別有：RXR3 R4RX R2 R4R2 口R3聯(lián)立兩式得：Rx . R4 R4由上式可知：交換測(cè)量后得到的測(cè)量值與比例臂阻值無(wú)關(guān)。4 電橋靈敏度電橋靈敏度就是電橋偏離平衡狀態(tài)時(shí)，電橋本身的靈敏感反映程度。在實(shí)際測(cè)量中，為了便于靈敏度 的測(cè)量和計(jì)算靈敏度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，多數(shù)用電橋的相對(duì)靈敏度，用S表示。其定義為nRXnRRT物理意義：橋臂電阻的單位相對(duì)變化所引起的靈敏電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)格數(shù)。5 正確使用箱式電橋。本實(shí)驗(yàn)使用的是 QJ23a型電橋，儀器自

5、帶工作電源和檢流計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)不需外接（電源和檢流計(jì)）。測(cè)量時(shí)先根據(jù)待測(cè)電阻的粗測(cè)值（用萬(wàn)用電表粗測(cè)）選取恰當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)（倍率）Kr，選取的原則是在測(cè)量時(shí)應(yīng)將測(cè)量盤(pán)電阻 R4的各個(gè)刻度盤(pán)都用上，保證測(cè)量值有足夠的有效數(shù)字， 再將金屬柱開(kāi)關(guān)由“外 接”位置換接至“內(nèi)接”位置。儀器面板上標(biāo)有 B、G字母的按鈕，分別表示電源和檢流計(jì)開(kāi)關(guān)，使用時(shí)應(yīng)斷續(xù)接通。接通時(shí)應(yīng)先按B鈕（先接通電源），再按G鈕（后接通檢流計(jì)）；斷開(kāi)時(shí)則應(yīng)先斷 G鈕（先斷開(kāi)檢流計(jì)），再斷開(kāi)B鈕（后 斷開(kāi)電源）。測(cè)量完畢后應(yīng)將短路金屬柱重新?lián)Q接至“外接”位置上。要嚴(yán)格遵守此操作程序，否則，極 易損壞檢流計(jì)。6 .測(cè)量中檢流計(jì)的保護(hù)。檢流計(jì)作

6、為平衡指示器，其允許通過(guò)的電流非常小，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中特別強(qiáng)調(diào)保護(hù)檢流計(jì)。用自組電橋測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)待測(cè)電阻Rx值，調(diào)R4與Rx近似，調(diào)節(jié)電橋平衡時(shí)，要遵循先粗后細(xì)的原則，粗測(cè)時(shí)，先將 Rg調(diào)至最大，在電橋支路上串入高阻R減小通過(guò)檢流計(jì)的電流；初步平衡后，再將Rn調(diào)至最小，并將R短接進(jìn)行細(xì)測(cè)。用箱式電橋測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)待測(cè)電阻Rx的值，選取適當(dāng)?shù)谋堵?Kr，并調(diào)Rs與Rx近似，調(diào)平衡時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行先接通B （電源），后接通G （檢流計(jì)）；先斷開(kāi)G,后斷B的操作程序，實(shí)驗(yàn)完畢后應(yīng)及時(shí)將“內(nèi) 接”短路。7自組電橋線路中 Rg的作用?；€變阻器（Rg）作為限流器串接于電源回路中，不僅用于調(diào)節(jié)橋臂電流的大小

7、，而且還對(duì)電橋靈敏 度起著調(diào)節(jié)作用。粗測(cè)時(shí)，將其阻值調(diào)至最大，使橋臂電流減小，降低電橋靈敏度；細(xì)測(cè)時(shí)，將其阻值調(diào)至最小，使橋 臂電流增大，提高電橋靈敏度 。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 選擇被測(cè)電阻及測(cè)量參數(shù)： 選擇好待測(cè)的電阻，根據(jù)其阻值范圍選擇合適的 K值，由K值確定R2、 R3的阻值，保證R4有4位效數(shù)字（如Rx為250Q,為了保證 Rx有4位有效數(shù)字，R2為100.0 Q, R3為1000.0, R4 約為 2500 Q）。注：選定電阻后，計(jì)算電阻額定電壓，以便選擇電源工作電壓值。2、查電源：打開(kāi)電源，選好輸出端，利用電壓微調(diào)調(diào)節(jié)輸出電壓最小，然后關(guān)閉電源。3、接線：按照實(shí)驗(yàn)線路圖布置儀器，依照回路接

8、線法接線。再檢查各實(shí)驗(yàn)參數(shù)及連線是否正確。4、測(cè)量：檢查完成后，打開(kāi)電源，調(diào)一微小電壓輸出，觀察電路反應(yīng)是否正常，若不正常（如檢流 計(jì)指針通斷時(shí)不偏轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)過(guò)大），則再次檢查接線及各電阻阻值。正常后，將電壓增大至工作電壓，進(jìn) 行測(cè)量。5、 重復(fù)14，測(cè)量一個(gè)電阻共10次，電橋換臂前與換臂后各測(cè)量5次。6、用箱式電橋測(cè)量同樣八個(gè)電阻阻值。數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算舉例。1、用自組電橋測(cè)電阻及測(cè)量其靈敏度電橋換臂前測(cè)量數(shù)據(jù)電橋換臂前測(cè)量數(shù)據(jù)12345678910R3/ Q1000200030001500250010002000300015002500平 均 值R2/ Q10020030015025010020

9、0300150250R4/ Q385.5383.2384.5384.9384.4383.0384.1383.9384.0383.6偏轉(zhuǎn)格數(shù)n/div1.02.03.04.05.01.02.03.04.05.0S R4/ Q0.50.91.31.72.20.40.91.41.82.3計(jì)算岀Rx/ Q38.5538.3238.4538.4938.4438.3038.4138.3938.4038.3638.411相對(duì)靈敏度S771.0851.6887.3905.6873.6957.5853.6822.6853.3833.9861.012、箱式電橋測(cè)量次數(shù)12345678倍率示數(shù)0.10.10.10.

10、10.10.10.10.1測(cè)得電阻 平均值平均值 標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)量盤(pán)示數(shù)68066785682067876761676668046867待測(cè)電阻實(shí)測(cè)值680.6678.5682678.7676.1676.6680.4686.7679.951.193、數(shù)據(jù)處理自組電橋測(cè)得電阻的平均值：Rx =38.411 Q,(Rxi Rx)2根據(jù)公式Ua(R).(林 n(n 1)測(cè)得自組電橋的靈敏度的平均值為：(Si S)2.(RxiRx)- J 算岀A類(lèi)不確定度 IA(R)=0.024 Q10(10 1)S =861.01div(S. s)2i算岀A類(lèi)不確定度UA(S)=16div10(10 1)(1)電阻箱的誤

11、差，(2)電橋靈敏度的誤差，(3)多次測(cè)量的差異，按根據(jù)公式Ua(S) n(n 1)不確定度計(jì)算：不確定度主要來(lái)源所用電阻箱的標(biāo)準(zhǔn)，R2電阻箱X 100為0.1級(jí)，R3電阻箱X 1000檔為0.02級(jí)，R4電阻箱X 100檔為0.2級(jí),其標(biāo)準(zhǔn)不確定度(計(jì)算時(shí)取R2=200 Q, R3=2000 Q, R4=380 Q為：Ub(R2)=0.1% X 200 Q / .3 =0.12 Q, Ub(R3)=0.02% X 2000 Q / 3=0.23 Q, Ub(R4)=0.2% X 380 Q / 、3 =0.44 Q; 電阻箱引入和合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度20.44 =0.05 Q 3802 20.1

12、20.23Uc(R)=38.42 飛 2002000電橋靈敏度引入的不確定度Ub(R)=(1.0/861.01) X 38.4 Q /、, 3 =0.16 Q重復(fù)測(cè)量得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：UA(R)=0.024 Q合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.0242 =0.17 QRx=(38.4 0.2) Q,R =379.95 Q,E 0.5%Uc(R)= 0.0520.162自組電橋測(cè)量結(jié)果： 箱式電橋測(cè)得的電阻. 2 2(RiR)2(R R)2據(jù)公式U A (R)算岀A類(lèi)不確定度 U(R)=1.07 Qn(n 1)8(8 1)箱式電橋測(cè)量結(jié)果：Rx=(679 1) Q,E 0.2%一、 簡(jiǎn)單線路故障的原因和排除

13、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)故障是不可避免的正常情況，對(duì)于儀器故障，需由專(zhuān)門(mén)人員進(jìn)行排除；常見(jiàn)簡(jiǎn)單線路故障 的排除則是大學(xué)生必須掌握的基本技能。用自組電橋測(cè)電阻，實(shí)驗(yàn)過(guò)程可能出現(xiàn)的故障有：1 檢流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)(排除檢流計(jì)損壞的可能性)。這種情況的出現(xiàn)，說(shuō)明橋(檢流計(jì))支路沒(méi)有電流通過(guò)，其原因可能是電源回路不通，或者是橋支路 不通。檢查故障的方法是先用萬(wàn)用電表檢查電源有無(wú)輸出，然后接通回路，再檢查電源與橋臂的兩個(gè)聯(lián)接 點(diǎn)之間有無(wú)電壓，最后分別檢查橋支路上的導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)是否完好(注意檢流計(jì)不能直接用萬(wàn)用電表電阻檔 檢查)。如果仍未查出原因，則故障必定是四個(gè)橋臂中相鄰的兩相橋臂同時(shí)斷開(kāi)。查出故障后，采取相應(yīng) 措施排除(

14、如更換導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、電阻等) 。2 .檢流計(jì)指針偏向一邊。出現(xiàn)這種情況，原因有三種：原因之一，比例系數(shù)(倍率)Kr取值不當(dāng)，改變 Kr的取值，故障即便消失。不論Kr和Rs取何值，檢流計(jì)指針始終偏向一邊，則有：原因之二，四個(gè)橋臂中必定有一個(gè)橋臂斷開(kāi)；原因之三，四個(gè)橋臂中某兩個(gè)相對(duì)的橋臂同時(shí)斷開(kāi)。對(duì)于后兩種原因引起的故障，只需用一根完好的導(dǎo)線便可檢查確定。檢查時(shí)，首先將Rn調(diào)至最大,減小橋臂電流。然后用一根導(dǎo)線將四個(gè)橋臂中任一橋臂短路，若檢流計(jì)指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)，則說(shuō)明被短路的橋 臂是斷開(kāi)的，可用此導(dǎo)線替換原導(dǎo)線，檢查出導(dǎo)線是否斷開(kāi)及電阻是否損壞；若檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向不變，則說(shuō)明，被短路橋臂是完好的；若檢

15、流計(jì)指針不再偏轉(zhuǎn)，則說(shuō)明對(duì)面橋臂是斷開(kāi)的，可進(jìn)一步判明是導(dǎo)線 還是電阻故障，接通后，用同樣方法再檢查開(kāi)始被短路的橋臂是否完好。最后，將查出的斷開(kāi)橋臂中壞的 導(dǎo)線或電阻更換，故障便被排除。預(yù)習(xí)思考題：R3 f r? 4無(wú)法調(diào)到平衡試找出其可能的原因 (各1、在圖1中，女口 R4和Rx調(diào)換位置，計(jì)算公式將怎樣改變?在圖1中，如果R4和Rx調(diào)換位置，計(jì)算公式將變?yōu)椋篟x2、假如在測(cè)量過(guò)程中檢流計(jì)指針始終偏到某一邊，或總不偏轉(zhuǎn)，回答二個(gè)原因)。電橋的比例臂(如圖1中R2/ R3的比值)選得不恰當(dāng)，至使(2)可能是Rx(Rl)、R2、R3、R4四橋臂之中只有唯一的一橋臂斷(1)可能是Rx(Rl)、R2、R3、R4四橋臂之中有兩條橋臂同時(shí)斷b、d端部分電路斷開(kāi)。若檢流計(jì)指針搖擺不定，假如在測(cè)量過(guò)程中檢流計(jì)始終偏向一邊， 在比較臂的阻值范圍內(nèi)無(wú)法調(diào)到電橋平衡； 開(kāi)。假如在測(cè)量過(guò)程中檢流計(jì)始終不偏轉(zhuǎn)， 開(kāi)，(2)可能是連接電源部分電路或連接檢流計(jì)的對(duì)角線 則可能是電路中某一根導(dǎo)線接端松動(dòng)，造成接觸不良。3、箱式電橋中比例臂的選取原則是什么？箱式電橋中比例臂的選取原則是使得測(cè)量結(jié)果的比較臂的有效數(shù)據(jù)的位數(shù)盡可能