實驗4344惠斯登電橋、非平衡電橋

1、物理實驗中心物理實驗中心20132013年年l電橋是將電阻、電容、電感等參數(shù)變化電橋是將電阻、電容、電感等參數(shù)變化量變換成電壓或電流值的一種電路。量變換成電壓或電流值的一種電路。l激勵電源：直流電橋和交流電橋激勵電源：直流電橋和交流電橋l橋臂阻抗性質：電阻電橋、電容電橋和橋臂阻抗性質：電阻電橋、電容電橋和電感電橋；電感電橋；l平衡與否：平衡電橋和非平衡電橋平衡與否：平衡電橋和非平衡電橋l惠斯登電橋是一種直流平衡電橋，它是測惠斯登電橋是一種直流平衡電橋，它是測量量中值電阻中值電阻的重要儀器。它是用的重要儀器。它是用比較法比較法進進行測量的，即在平衡條件下，將待測電阻行測量的，即在平衡條件下，將待

2、測電阻與標準電阻進行比較以確定其阻值。與標準電阻進行比較以確定其阻值。l具有測試靈敏、精確、方便具有測試靈敏、精確、方便l電橋可測量電阻、電容、電感、溫度、壓電橋可測量電阻、電容、電感、溫度、壓力、濕度、應變、真空度等許多物理量，力、濕度、應變、真空度等許多物理量，以及應用于工業(yè)和科研的自動控制中。以及應用于工業(yè)和科研的自動控制中。l實驗目的實驗目的了解惠斯登電橋的原理和特點。了解惠斯登電橋的原理和特點。學會使用惠斯登電橋測電阻。學會使用惠斯登電橋測電阻。0232011URRRURRRVVxADAC：即GADCBR2R3RxR1U0KRRRRRRRRxx321231或3KRRx惠斯登電橋的惠斯

3、登電橋的基本誤差極限基本誤差極限可用可用下式表示：下式表示： 式中，式中，為惠斯登電橋的準確等為惠斯登電橋的準確等級；級；K K為為R R1 1與與R R2 2的比值；的比值；R RN N為基準為基準值；值； R R3 3為測量盤示值。為測量盤示值。 KRREN)10(1003lim1.2 1.2 惠斯登電橋的測量誤差惠斯登電橋的測量誤差KRREN)10(1003lim惠斯登惠斯登電橋的靈敏度電橋的靈敏度也會引入一定的誤差也會引入一定的誤差 R R 。由于我們采用的是數(shù)字檢流計，其。由于我們采用的是數(shù)字檢流計，其誤差極限為一個最小單位（這里即為誤差極限為一個最小單位（這里即為0.1A 0.1A

4、 ）, ,但這是誤差的最大值，平均誤但這是誤差的最大值，平均誤差要比這個小。一般差要比這個小。一般RR可以這樣計算：可以這樣計算：33RKR惠斯登電橋惠斯登電橋的測量結果的誤差為上的測量結果的誤差為上面兩種誤差的合成：面兩種誤差的合成：22lim)( RER待測電阻標稱值：待測電阻標稱值：Rx151，Rx2 220，Rx3 1.5k，Rx4 22k。GADCBR2R3RxR1U0Rx1： 51=K*5100.00K=0.01關鍵：選擇合適的放大關鍵：選擇合適的放大倍率倍率K K原則：原則：R R3 3 ( (最大值為最大值為11111.1011111.10) )的有效數(shù)的有效數(shù)字盡量多，且字盡

5、量多，且K K* *R R3 3= =R Rx x 按照圖按照圖1連接電路，將待測電阻直接接連連接電路，將待測電阻直接接連到到Rx兩端。兩端。 確定確定K ;根據(jù)表格選擇電壓；預設電阻箱，根據(jù)表格選擇電壓；預設電阻箱，使電橋基本平衡；同時按下使電橋基本平衡；同時按下B和和G，微調，微調R3，使電橋真正平衡，記下使電橋真正平衡，記下R3。 為了確定檢流計的誤差，進一步調整為了確定檢流計的誤差，進一步調整R3，使檢流計偏離平衡使檢流計偏離平衡0.1uA，分別記下此時，分別記下此時R3的電阻值，計算偏移量。的電阻值，計算偏移量。 對其余三個待測電阻重復上述步驟。對其余三個待測電阻重復上述步驟。l平衡

6、電橋是把待測電阻與標準電阻進行比較，通過平衡電橋是把待測電阻與標準電阻進行比較，通過調節(jié)電橋平衡，從而測得待測電阻值，只能用于測調節(jié)電橋平衡，從而測得待測電阻值，只能用于測量具有相對穩(wěn)定狀態(tài)的物理量量具有相對穩(wěn)定狀態(tài)的物理量l非平衡電橋的基本原理是通過橋式電路來測量電阻，非平衡電橋的基本原理是通過橋式電路來測量電阻，根據(jù)電橋輸出的不平衡電壓，再進行運算處理，從根據(jù)電橋輸出的不平衡電壓，再進行運算處理，從而得到引起電阻變化的其它物理量，如溫度、壓力、而得到引起電阻變化的其它物理量，如溫度、壓力、形變等。形變等。 l實驗目的實驗目的了解非平衡電橋的工作原理。了解非平衡電橋的工作原理。研究非平衡電橋

7、電壓輸出特性。研究非平衡電橋電壓輸出特性。研究銅電阻的溫度特性。研究銅電阻的溫度特性。掌握作圖法與圖解法在實驗數(shù)據(jù)處理中的應用。掌握作圖法與圖解法在實驗數(shù)據(jù)處理中的應用。當電橋平衡時當電橋平衡時 ： R1 R3 R2 Rx R1:R2 Rx:R3 若把若把Rx的阻值由原來的阻值由原來的的Rx0變化為變化為Rx0 R，則有非平衡電，則有非平衡電壓輸出。壓輸出。RxRx0+RVCBADR2R3R1U0設設R2/R3K ，則有，則有000230010032100203231001)1 ()1)(1 ()()(UKKRRKRRRRRRRRRURRRRRRURRURRRRRRRRUUUxxxxxxxxB

8、AABRxRx0+RVCBADR2R3R1U0等臂非平衡電橋：等臂非平衡電橋：K1且且R1R2 臥式非平衡電橋：臥式非平衡電橋：K1且且R1 R2 ，UAB同上同上22000URRRRUxxABRxRx0+RVCBADR2R3R1U0立式非平衡電橋：立式非平衡電橋：K1且且R1R2 當當K1且且R1 R2 時的時的情況情況 ，UAB同上同上0001)1 (UKKRRKRRUxxABRxRx0+RVCBADR2R3R1U0 用非平衡電橋用非平衡電橋,確定確定銅電阻銅電阻電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)R/(R0T)，其中，其中R0 為為0 時的電阻時的電阻值值, R/T是銅電阻隨溫度的變化率（斜是銅電阻

9、隨溫度的變化率（斜率）率） 。 測量溫度要求：從測量溫度要求：從30測到測到65，每次，每次測量溫度變化測量溫度變化5，或從起始溫度開始每，或從起始溫度開始每次測量溫度變化次測量溫度變化5。連接好電路，并預設好電阻箱：連接好電路，并預設好電阻箱： R1=R2=500， R355；用平衡電橋測量室溫下的銅電阻阻值：轉換開關轉至用平衡電橋測量室溫下的銅電阻阻值：轉換開關轉至平衡平衡1.3V;調節(jié)調節(jié)R3使電橋平衡使電橋平衡,此時，此時，R3的讀數(shù)即為的讀數(shù)即為室溫下的銅電阻阻值室溫下的銅電阻阻值Rx0；將功能轉換開關轉至將功能轉換開關轉至非平衡非平衡電壓電壓，保持各個電阻箱保持各個電阻箱不變不變。從室溫（。從室溫（儀器起始溫度，要求小于儀器起始溫度，要求小于35 ）開）開始升溫，記錄溫度每變化始升溫，記錄溫度每變化5時的非平衡電壓輸出時的非平衡電壓輸出（mv)，共測，共測8個點個點。并