開(kāi)爾文電橋測(cè)電阻率(共6頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上大學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:雙臂電橋測(cè)金屬絲電阻率專業(yè)班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師: 成績(jī) : 電阻率是表征導(dǎo)體材料性質(zhì)的一個(gè)重要物理量。測(cè)量導(dǎo)體的電阻率一般為間接測(cè)量，即通過(guò)測(cè)量一段導(dǎo)體的電阻，長(zhǎng)度及其橫截面積，在進(jìn)行計(jì)算。而電阻的測(cè)量方法很多，電橋是其常用方法之一。 雙臂電橋簡(jiǎn)稱雙電橋，又名開(kāi)爾文電橋，它是惠斯登電橋的改進(jìn)和發(fā)展，它可以消除（或減?。└郊与娮鑼?duì)測(cè)量的影響，因此是測(cè)量1以下低電阻的主要儀器。常用來(lái)測(cè)量金屬材料的電阻率、電機(jī)、變電器繞組的電阻、低阻值線圈電阻、電纜電阻、開(kāi)關(guān)接觸電阻以及直流分流器電阻等?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解雙臂點(diǎn)敲側(cè)低電阻的原理和方法。2

2、.測(cè)定導(dǎo)體的電阻率。3.了解單、雙臂電橋的關(guān)系和區(qū)別。【實(shí)驗(yàn)儀器】QJ19型單雙臂電橋、滑動(dòng)變阻器、指針式檢流計(jì)、千分尺、電流表、雙刀雙擲換向開(kāi)關(guān)、電阻測(cè)試架、導(dǎo)線等。【實(shí)驗(yàn)原理】測(cè)量電阻常用多用電表，但其測(cè)量誤差較大。如果要對(duì)電阻進(jìn)行精密測(cè)量，可用各種電橋。通常單臂惠斯登電橋的測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)0.5%（電阻值測(cè)量范圍為1010）。但在測(cè)量低值電阻時(shí)（1以下的電阻），由于導(dǎo)線電阻和連接點(diǎn)的接觸電阻（數(shù)量級(jí)為1010）的存在，惠斯登電橋的測(cè)量誤差將顯著增大，甚至根本無(wú)法測(cè)量。因此單臂電橋不適宜測(cè)定低電阻。必須在測(cè)量線路上采取措施，避免接觸電阻和導(dǎo)線電阻對(duì)低電阻測(cè)量的影響。為了消除導(dǎo)線電阻和接觸電阻

3、的影響，我們采用四端鈕接法，并在單電橋基礎(chǔ)上增加兩個(gè)橋臂電阻R、R，這就構(gòu)成了雙電橋。 我們考察接線電阻和接觸電阻是怎樣對(duì)低值電阻測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響的。例如用安培表和毫伏表按歐姆定律RVI測(cè)量電阻Rx。圖4 伏安法測(cè)電阻 圖5 雙臂電橋測(cè)低電阻測(cè)量中等阻值的電阻，伏安法是比較容易的方法，惠斯頓電橋法是一種精密的測(cè)量方法，但在測(cè)量低電阻時(shí)都發(fā)生了困難。這是因?yàn)橐€本身的電阻和引線端點(diǎn)接觸電阻的存在。圖4為伏安法測(cè)電阻的線路圖，待測(cè)電阻RX兩側(cè)的接觸電阻和導(dǎo)線電阻以等效電阻r1 、r2、 r3 、 r4表示，通常電壓表內(nèi)阻較大，r1和r4對(duì)測(cè)量的影響不大，而r2和r3與RX串聯(lián)在一起，被測(cè)電阻實(shí)際應(yīng)

4、為r2+RX+r3， 若r2和r3數(shù)值與RX為同一數(shù)量級(jí)，或超過(guò)RX，顯然不能用此電路來(lái)測(cè)量RX。若在測(cè)量電路的設(shè)計(jì)上改為如圖5 所示的電路，將待測(cè)低電阻RX兩側(cè)的接點(diǎn)分為兩個(gè)電流接點(diǎn)C-C和兩個(gè)電壓接點(diǎn)P-P，C-C在P-P的外側(cè)。顯然電壓表測(cè)量的是P-P之間一段低電阻兩端的電壓，消除了r2和r3對(duì)RX測(cè)量的影響。這種測(cè)量低電阻或低電阻兩端電壓的方法叫做四端引線法，廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量領(lǐng)域中。例如為了研究高溫超導(dǎo)體在發(fā)生正常超導(dǎo)轉(zhuǎn)變時(shí)的零電阻現(xiàn)象和邁斯納效應(yīng)，必須測(cè)定臨界溫度Tc，正是用通常的四端引線法，通過(guò)測(cè)量超導(dǎo)樣品電阻R隨溫度T的變化而確定的。低值標(biāo)準(zhǔn)電阻正是為了減小接觸電阻和接線電阻而

5、設(shè)有四個(gè)端鈕。用惠斯登電橋測(cè)量電阻，測(cè)出的RX值中，實(shí)際上含有接線電阻和接觸電阻（統(tǒng)稱為Rj）的成分（一般為10-310-4數(shù)量級(jí)），通?？梢圆豢紤]Rj的影響，而當(dāng)被測(cè)電阻達(dá)到較小值（如幾十歐姆以下）時(shí)，Rj所占的比重就明顯了。因此，需要從測(cè)量電路的設(shè)計(jì)上來(lái)考慮。雙臂電橋正是把四端引線法和電橋的平衡比較法結(jié)合起來(lái)精密測(cè)量低電阻的一種電橋。如圖6 中，R1、R2、R3、R4為橋臂電阻。RN為比較用的已知標(biāo)準(zhǔn)電阻，Rx為被測(cè)電阻。RN和Rx是采用四端引線的接線法，電流接點(diǎn)為C1、C2，位于外側(cè)；電位接點(diǎn)是P1、P2位于內(nèi)側(cè)。測(cè)量時(shí)，接上被測(cè)電阻Rx ，然后調(diào)節(jié)各橋臂電阻值，使檢流計(jì)指示逐步為零，則

6、IG=0，這時(shí)I3=I4時(shí)，根據(jù)基爾霍夫定律可寫(xiě)出以下三個(gè)回路方程。式中r為CN2和Cx1之間的線電阻。將上述三個(gè)方程聯(lián)立求解，可得下式：由此可見(jiàn)，用雙臂電橋測(cè)電阻，Rx的結(jié)果由等式右邊的兩項(xiàng)來(lái)決定，其中第一項(xiàng)與單臂電橋相同，第二項(xiàng)稱為更正項(xiàng)。為了更方便測(cè)量和計(jì)算，使雙臂電橋求Rx的公式與單臂電橋相同，所以實(shí)驗(yàn)中可設(shè)法使更正項(xiàng)盡可能做到為零。在雙臂電橋測(cè)量時(shí)，通常可采用同步調(diào)節(jié)法，令R3/R1= R4/R2，使得更正項(xiàng)能接近零。在實(shí)際的使用中，通常使R1=R2，R3=R4，則上式變?yōu)樵谶@里必須指出，在實(shí)際的雙臂電橋中，很難做到R3/R1與R4/R2完全相等，所以Rx和RN電流接點(diǎn)間的導(dǎo)線應(yīng)使用

7、較粗的、導(dǎo)電性良好的導(dǎo)線，以使r值盡可能小，這樣，即使R3/R1與R4/R2兩項(xiàng)不嚴(yán)格相等，但由于r值很小，更正項(xiàng)仍能趨近于零。為了更好的驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，可以人為地改變R1、R2、R3和R4的值，使R1R2，R3R4，并與R1=R2，R3=R4時(shí)的測(cè)量結(jié)果相比較。雙臂電橋所以能測(cè)量低電阻，總結(jié)為以下關(guān)鍵兩點(diǎn)：a、單臂電橋測(cè)量小電阻之所以誤差大，是因?yàn)橛脝伪垭姌驕y(cè)出的值，包含有橋臂間的引線電阻和接觸電阻，當(dāng)接觸電阻與Rx相比不能忽略時(shí)，測(cè)量結(jié)果就會(huì)有很大的誤差。而雙臂電橋電位接點(diǎn)的接線電阻與接觸電阻位于R1、R3和R2、R4的支路中，實(shí)驗(yàn)中設(shè)法令R1、R2、R3和R4都不小于100，那么接觸電阻的

8、影響就可以略去不計(jì)。b、雙臂電橋電流接點(diǎn)的接線電阻與接觸電阻，一端包含在電阻r里面，而r是存在于更正項(xiàng)中，對(duì)電橋平衡不發(fā)生影響；另一端則包含在電源電路中，對(duì)測(cè)量結(jié)果也不會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)滿足R3/R1= R4/R2條件時(shí)，基本上消除了r的影響?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】1 用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量銅棒的直徑d，在不同部位測(cè)量六次，求平均值。2 測(cè)量銅棒的電阻將待測(cè)銅棒插入未知四端電阻盒中，滑動(dòng)端移至200mm處，測(cè)量200mm長(zhǎng)的銅棒電阻，注意四端旋鈕都要旋緊。按圖二連接好電路。首先把檢流計(jì)旋鈕打到調(diào)零端對(duì)檢流計(jì)進(jìn)行調(diào)零，合上開(kāi)關(guān)S，調(diào)定R1=R2的阻值，按下“粗”“電源”按鈕進(jìn)行粗調(diào)，合理選取RS，保證R的&#

9、215;100檔取非零值，調(diào)節(jié)R電阻的“×100”、“×10”、“×1”三位旋鈕，使檢流計(jì)指示為零后，改壓“細(xì)”，“電源”按鈕進(jìn)行細(xì)調(diào)，調(diào)節(jié)R電阻的“×1”、“×0.1”、“×0.01”三位旋鈕，使檢流計(jì)指示為零，雙臂電橋調(diào)節(jié)平衡，記下R1、R2、R和RS阻值。將開(kāi)關(guān)S合向另一方，使電路中電流反向，重新調(diào)節(jié)電橋平衡，記下R1、R2、R、及RS阻值。3 根據(jù)公式，計(jì)算銅棒的電阻率。4按以上步驟分別測(cè)量鋁棒的電阻，計(jì)算電阻率。【實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)】R1 = R2 = 100 ，Rn = 0.001 銅棒長(zhǎng)度L = 2 , 雙臂電橋：0.02級(jí)

10、,Rn :0.01級(jí) =0.05次數(shù)12345金屬棒直徑D（mm）3.743.763.703.723.68R（）58.0157.6858.1158.1357.94計(jì)算方法：金屬棒電阻： 金屬棒直徑： 金屬棒電阻率：金屬棒電阻不確定度：金屬棒直徑不確定度： 金屬棒電阻率：注意Rx和RS的電流和電壓接頭要保持表面清潔及良好的接觸。連接Rx和RS電流端應(yīng)選用短而粗的導(dǎo)線。由于測(cè)量低電阻時(shí)通過(guò)待測(cè)電阻的電流較大，在測(cè)量通電時(shí)應(yīng)盡可能短暫?！緦?shí)驗(yàn)總結(jié)】 通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，了解了雙臂電橋的結(jié)構(gòu)及工作原理，掌握了利用雙臂電橋測(cè)金屬絲電阻率的方法，以及如何減少試驗(yàn)結(jié)果的誤差。1) 本實(shí)驗(yàn)電路圖連接比較復(fù)雜，在電阻的四端接法應(yīng)注意正負(fù)極的一致；由于檢流計(jì)的精度比較高，測(cè)量時(shí)容易對(duì)其產(chǎn)生擾動(dòng)，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中應(yīng)注意檢流計(jì)的及時(shí)調(diào)零。2) 在金屬棒長(zhǎng)