自組式直流電橋測電阻實驗報告

1、一、實驗簡介直流電橋是一種用比較法測量電阻的儀器，主要由比例臂、比較臂、檢流計等構(gòu)成橋式線路。測量時將被測量與已知量進行比較而得到得測量結(jié)果，因而測量精度高，加上方法巧妙，使用方便，所以得到了廣泛的應用。電橋的種類繁多，但直流電橋是最基本的一種，它是學習其它電橋的基礎(chǔ)。早在1833年就有人提出基本的電橋網(wǎng)絡(luò)，但一直未引起注意，直至1843年惠斯通才加以應用，后人就稱之為惠斯通電橋。單電橋電路是電學中很基本的一種電路連接方式，可測電阻范圍為1106。通過傳感器，利用電橋電路還可以測量一些非電量，例如溫度、濕度、應變等，在非電量的電測法中有著廣泛的應用。本實驗是用電阻箱和檢流計等儀器組成惠斯通電橋

2、電路，以加深對直流單電橋測量電阻原理的理解。本實驗的目的是通過用惠斯通電橋測量電阻，掌握調(diào)節(jié)電橋平衡的方法，并要求了解電橋靈敏度與元件參數(shù)之間的關(guān)系，從而正確選擇這些元件，以達到所要求的測量精度。二、實驗原理電阻按其阻值可分為高、中、低三大類，R1的電阻為低值電阻，R1M 的稱高值電阻，介于兩者之間的電阻是中值電阻，通常用惠斯通電橋測中值電阻。1、惠斯通電橋的工作原理惠斯通電橋原理，如圖6.1.2-1所示。2、電橋的靈敏度圖6.1.2-1電橋是否平衡，是由檢流計有無偏轉(zhuǎn)來判斷的，而檢流計的靈敏度總是有限的，假設(shè)電橋在R1/R2=1時調(diào)到平衡，則有Rx=R0，這時若把R0改變一個微小量 R0，則

3、電橋失去平衡，從而有電流IG流過檢流計。如果IG小到檢流計覺察不出來，那么人們會認為電橋是平衡的，因而得到Rx=R0+R0，R0就是由于檢流計靈敏度不夠高而帶來的測量誤差Rx。引入電橋的靈敏度，定義為S=n/(Rx/Rx)式中的Rx是在電橋平衡后Rx的微小改變量（實際上若是待測電阻Rx不能改變時，可通過改變標準電阻R0的微小變化R0來測電橋靈敏度），n是由于 Rx引起電橋偏離平衡時檢流計的偏轉(zhuǎn)格數(shù)，n越大，說明電橋靈敏度越高，帶來的測量誤差就越小。S的表達式可變換為S=n/(R0/ R0)= n/IG（IG/(R0/ R0)）=S1S2其中S1是檢流計自身的靈敏度，S2=IG/(R0/ R0)

4、由線路結(jié)構(gòu)決定，故稱電橋線路靈敏度，理論上可以證明S2與電源電壓、檢流計的內(nèi)阻及橋臂電阻等有關(guān)。3、交換法（互易法）減小和修正自搭電橋的系統(tǒng)誤差自搭一個電橋，不考慮靈敏度，則R1、R2、R0引起的誤差為Rx/ Rx=R1/ R1+R2/ R2+R0/ R0。為減小誤差，把圖6.1.2-1電橋平衡中的R1、R2互換，調(diào)節(jié)R0， 使IG=0，此時的R0記為R0,則有Rx=R2/ R1 R0，R =R0R 0這樣就消除了R1、R2造成的誤差。這種方法稱為交換法，由此方法測量Rx 的誤差為Rx/ Rx=1/2(R0/ R0+R0/ R0)即僅與電阻箱R0的儀器誤差有關(guān)。若R0選用具有一定精度的標準電阻

5、箱，則系統(tǒng)誤差可以大大減小。三、實驗內(nèi)容1、按直流電橋?qū)嶒灥膶嶒炿娐穲D，正確連線。2、線路連接好以后，檢流計調(diào)零。3、調(diào)節(jié)直流電橋平衡。4、測量并計算出待測電阻值Rx，微調(diào)電路中的電阻箱，測量并根據(jù)電橋靈敏度公式:S=n/(Rx/ Rx)或S=n/(R0/ R0)計算出直流電橋的電橋靈敏度。5、記錄數(shù)據(jù)，并計算出待測電阻值。四、實驗儀器本實驗用到的實驗儀器有：電壓源、滑線變阻器（2個）、四線電阻箱（3 個）、檢流計、待測電阻、電源開關(guān)，實驗場景如下圖組所示：直流電橋（散裝版）電壓源：電源開關(guān)：鼠標點擊，打開或關(guān)閉電源。電源指示燈：打開電源時，指示燈變亮；關(guān)閉時，指示燈變暗； 調(diào)節(jié)電壓值旋鈕：左

6、擊或右擊、按下鼠標左鍵或右鍵可以改變電源電壓大小。實驗場景中的圖片如下：滑線變阻器：滑動片：可以左右拖動滑動片，粗調(diào)滑線變阻器在線路中的電阻值。微調(diào)按鈕：點擊或按下微調(diào)按鈕，微調(diào)滑線變阻器在電路中的電阻值。實驗場景圖，如下圖所示：四線電阻箱：四線電阻箱，為電路提供一定大小的電阻，同時有分壓的功能，電阻箱上有六個不同檔位的旋鈕，依次對應0.1檔、1檔、10檔、100檔、1000檔、10000 檔。每個旋鈕有09，共10個刻度值。左擊電阻箱上的旋鈕，旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)； 右擊，旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)。實驗場景中的圖片如下圖所示：檢流計：檢流計在電路中充當平衡指示器的作用，它主要由兩個接線柱、一個調(diào)零旋鈕、一個

7、檔位旋鈕、一個短路按鈕和一個電計按鈕組成。如下圖所示：調(diào)零旋鈕：進行檢流計調(diào)零工作時用到，給檢流計調(diào)零。檔位旋鈕：打到紅點所在位置，檢流計處于短路狀態(tài)；打到白點位置檢流計處于直接狀態(tài)，也就是工作狀態(tài)。短路按鈕：短路按鈕按下，檢流計處于短路狀態(tài)。電計按鈕：電計按鈕按下，檢流計處于工作狀態(tài)。電源開關(guān)：電源開關(guān)，控制電路的閉合。界面中有兩個按鈕，一個是閉合，一個是斷開。點擊閉合，開關(guān)閉合，顯示閉合圖片；點擊斷開，開關(guān)斷開，顯示斷開圖片。實驗場景中的圖片如下圖所示：待測電阻：待測電阻，為電路提供一定大小的電阻，在試驗中不需要調(diào)整，是實驗中需要被測量的量，沒有調(diào)節(jié)界面，場景圖如下圖所示：五、實驗指導1、

8、主窗口介紹成功進入實驗場景窗體，實驗場景的主窗體如下圖組所示：直流電橋（散裝版）在實驗場景主窗體的右上角有“工具箱”和“幫助”兩個菜單項。工具箱提供實驗中可能用到的工具；點擊幫助菜單項，彈出幫助文檔。在場景的下方，從左到右，依次是“實驗儀器欄”、“實驗提示欄”和“實驗內(nèi)容欄”。實驗儀器欄里放置著實驗用到的儀器，點擊拖動，可以把相應的儀器拖到實驗場景中去，供實驗使用。實驗提示欄，即時提示實驗信息或相關(guān)的操作信息。實驗內(nèi)容欄，是相關(guān)實驗名稱的列表，點擊實驗名稱可以重新開始實驗和進行實驗的切換。實驗大場景主要由一張桌子組成，本實驗中，實驗儀器都放在桌子上面。在實驗場景中，可以在一定范圍內(nèi)拖動指定儀器

9、。把鼠標放在儀器上面，按下Delete 鍵，可以刪除指定儀器到儀器欄。雙擊場景中的儀器可以進入儀器的調(diào)節(jié)窗體。注：實驗剛開始時，實驗儀器就被初始化到實驗桌上。直流電橋（散裝版） 的實驗儀器較多，所以它實驗儀器不允許拖動和刪除。2、連線當鼠標移動到實驗儀器接線柱的上方，拖動鼠標，便會產(chǎn)生“導線”，當鼠標移動到另一個接線柱的時候，松開鼠標，兩個接線柱之間便產(chǎn)生一條導線，連線成功；如果松開鼠標的時候，鼠標不是在某個接線柱上，畫出的導線將會被自動銷毀，此次連線失敗。根據(jù)實驗電路圖正確連線，連線操作完成，如下圖所示：3、檢流計調(diào)零線路連接完畢后，斷開電源開關(guān)，打開檢流計調(diào)節(jié)界面，按下檢流計的電計按鈕，旋

10、轉(zhuǎn)檢流計的檔位旋鈕至直接當（白點所在位置），旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕，并觀察檢流計的指針，當檢流計的指針指向零點，調(diào)零成功。如下圖所示：4、根據(jù)實驗內(nèi)容調(diào)節(jié)電路（1） 滑線變阻器調(diào)節(jié)。實驗剛開始時，電橋一般處于不平衡狀態(tài)，為了防止過大的電流通過檢流計，應將與檢流計串聯(lián)的滑線變阻器的阻值調(diào)到最大，隨著電橋逐漸平衡，再逐漸減小滑線變阻器的阻值，以提高檢測的靈敏度。（2） 根據(jù)直流電橋電路圖連接好電路，然后在數(shù)據(jù)表格中點擊“連線”模塊下的“確定狀態(tài)”按鈕，保存連線狀態(tài)。（3） 測量未知電阻，電路連接好以后，選取合適的比例臂，調(diào)節(jié)電橋平衡，在數(shù)據(jù)表格的相應位置，記錄下電阻箱R1、R2、R3(即R0處)的電阻值。然

11、后互換電路中的電阻箱R1、R2，并保持它們的電阻值不變，調(diào)節(jié)R3使電橋平衡，并在列表的相應位置記下R3的值（即R0處），根據(jù)互換法測電阻公式，計算出未知電阻Rx。測量三次，測量三次，最后計算出電阻待測電阻的平均值，填入數(shù)據(jù)表格的相應位置。（4） 測量電橋靈敏度。根據(jù)待測電阻值，調(diào)節(jié)并設(shè)定電阻箱R1、R2、電壓源、和滑線變阻器的值，在這個環(huán)境下測量電橋靈敏度，設(shè)定以后在數(shù)據(jù)表格中點擊“測量并計算出電橋的靈敏度”模塊下的“確定狀態(tài)”按鈕，保存狀態(tài)。（5） 確定測量靈敏度的環(huán)境以后，調(diào)節(jié)電阻箱R3使電橋平衡，記下電橋平衡時電阻箱R3的值（即下面列表中的R0），然后在小范圍內(nèi)改變電阻箱R3的電阻值，記

12、下電阻箱相對平衡位置改變的值，即R0，和檢流計指針相對平衡位置偏轉(zhuǎn)的格數(shù)，即n0，測量三次，記錄實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)計算電橋靈敏度公式計算出電橋靈敏度的平均值，填入數(shù)據(jù)表格的相應位置。（6） 直流電橋靈敏度研究。確定測量靈敏度的環(huán)境以后，依次把電壓表的電壓打到0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、2.5V、3.0V，分別在這些電壓下調(diào)節(jié)電阻箱R3使電橋平衡，記下電橋平衡時電阻箱R3的值，然后在小范圍內(nèi)改變電阻箱R3 的電阻值，記下電阻箱相對平衡位置改變的值,即R0，和檢流計指針相對平衡位置偏轉(zhuǎn)的格數(shù)，即n0，記錄測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出相應電橋環(huán)境下的電橋靈敏度。（7） 記錄數(shù)據(jù)程序提供記錄數(shù)據(jù)表格，在做實驗的過程中，可以把測量數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)填到數(shù)據(jù)表格中去。點擊場景右上角的記錄數(shù)據(jù)按鈕，可彈出記錄數(shù)據(jù)窗體，如下圖所示：把測量和計