用惠斯登電橋測電阻課件

1、用惠斯登電橋測電阻橋式電路是最常見的電路，由橋式電路制成的電橋，是一各種精密的電學(xué)測量儀器，可用來測量電阻、電容、電感和電平等電學(xué)量。并能通過轉(zhuǎn)換測量，測出其它非電學(xué)量，如溫度壓力、頻率、真空度等。 電橋是一種用比較法測量的儀量，即將未知量跟已知量相比較進行測量，它具有較高的靈敏度和準確度，在自動控制和瞬息萬變動檢測中得到廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)用途不同，電橋有多種類型，其性能構(gòu)造各有特點。在各種電橋中，惠斯登電橋是其中最基本的一種。它通常用來準確測量10 的中值電阻，惠斯登電橋又稱直流單臂電橋?！緦嶒?zāi)康摹?了解橋式電路的基本結(jié)構(gòu)及測電阻的原理2掌握橋式電路的連接和調(diào)節(jié)電橋平衡 的方法3學(xué)會用自組

2、電橋和箱式電橋測電阻【實驗儀器】旋轉(zhuǎn)式電阻箱，檢流計，滑線變阻器，比例電阻盒，待測電阻盒，開關(guān)，直流穩(wěn)壓電源。QJ-23型箱式電橋【實驗原理】 如果將待測電阻Rx與標準電阻并聯(lián)到電源上，如圖（1）所示，則有：，即圖（1）如果兩支路的電流 、 和標準電阻的阻值 已知，則可求出 。這是從數(shù)學(xué)表達形式上看。如果從物理實驗方面看，要用上式求 。還必須解決兩個問題：一是 、 怎樣測？若用電流表測則不可避免地存在誤差；二是公式是通過并聯(lián)條件，即相比較的兩電阻 、 兩端的電壓相同而得到的。怎樣確保這個條件？ 圖(2)惠斯登1843年發(fā)明的電橋解決了以上兩個問題。他在AB和AD之間用標準電阻 代替 。在BD之

3、間用靈敏電流計確定兩點等電勢。這樣由圖（1）改為圖（2）的惠斯登電橋(又稱單電橋)。 由于檢流計在BD支路像“橋”一樣架于BD之間。故稱為 電橋。 、 、 、 稱為四個橋臂。 稱為比例臂。 為比較臂。 為待測臂。當BD兩點電勢相等時，靈敏電流計G中無電流通過。 =0.指針不偏轉(zhuǎn)，稱為電橋平衡。否則電橋不平衡。由于電橋采用待測電阻與標準電阻相比較的方法。而制造較高精度的標準電阻并不困難。同時，靈敏電流計只用來判斷有無電流，只要有足夠的靈敏度即可。不存在接入誤差。因此，用電橋測電阻準確度高，這是電橋測電阻的主要優(yōu)點?；菟沟请姌蚴亲畛Ｓ玫闹绷麟姌颉．擝、D兩點間電勢不等時，有電流通過檢流計，電橋不平

4、衡。調(diào)節(jié) ，使檢流計中電流為零( =0)，此時B、D兩點間電勢相等，電橋達到平衡，于是有 , 此式即為本實驗的測量公式。式中C= R1/R2稱為比例系數(shù) 由測量公式知，當電橋平衡時，四個橋臂的電阻間有一個簡單的關(guān)系：兩相對橋臂電阻的乘積相等。 顯然，Rx可由標準電阻R1、R2 和Rs求得，與電源的電壓無關(guān)。所以，電橋測電阻實質(zhì)上是比較測量法。由于標準電阻有很高的精確度，因而用電橋測電阻也有很高的精確度。為了測量方便，箱式電橋上、比例系數(shù)C= R1/R2取成固定比率(倍率)。測量時先確定C，然后調(diào)節(jié)Rs使電橋平衡，由公式Rx= CRs得到測量結(jié)果?！緦嶒瀮?nèi)容及步驟】一用自組電橋測電阻1合理布置儀

5、器，按線路圖接線，打開工作電源，調(diào)輸出電壓為5.0V。 2取R1:R2=1:1，用萬用表粗測Rx值( )，調(diào) RsRx，并使Rn阻值最大。接通電源，合閘刀K1，用萬用表檢測AB和AD兩電壓，調(diào)Rs使之約等；點按檢流計電計鈕，調(diào)Rs使電橋平衡(檢流計無電流通過)。調(diào)Rn阻值最小，合閘刀K0(使保護電阻短路)，再次點按檢流計電計鈕，微調(diào)Rs使電橋完全平衡，記Rs的示值（即Rx值）。3交換R1與R2的位置，重復(fù)步驟2，記下示值Rs，并根據(jù)公式 求出待測電阻。由自組電橋不確定度公式計算Rx的不確定度 ，寫出結(jié)果表達式。電阻箱誤差公式 ，式中為電阻箱準確度等級，Rs為測量時電阻盤示值，N為測量時實際使用

6、的電阻盤個數(shù)。4. 取R1:R2=1:2, 用萬用表粗測Rx值( )，重復(fù)2、3步驟，求出第二個待測電阻。二用箱式電橋測電阻1將電橋上檢流計（G）的聯(lián)接片從“內(nèi)接”換到“外接”,用萬用表粗測待測電阻Rx的阻值，并將Rx接入電橋回路。2選擇適當?shù)谋堵?C)，粗調(diào)四個刻度盤(Rs)與Rx約等，按下B和G健，微調(diào)刻度盤，使檢流計指針為零。此時，電橋達到平衡，記下Rs的示值和C值。3. 在電橋達到平衡基礎(chǔ)的上微微改變刻度盤示值, 使Rs改變?yōu)镽s+Rs, 觀察檢流計指針的偏轉(zhuǎn)情況, 記下檢流計指針偏離平衡位置的格數(shù)和Rs。4待測電阻板由2個電阻組成，重復(fù)1、2、3步驟分別測出每個電阻及其串聯(lián)和并聯(lián)情況

7、下的四個阻值。5箱式電橋誤差公式： ， 式中為電橋準確度等級；Rs為測量時刻度盤示值； R0稱為基準值，隨測量范圍變化，定義為各量程內(nèi)最大的10的整數(shù)冪。檢流計的誤差公式： ，式中C為倍率，Rs為電橋平衡后刻度盤示值的微小改變量；n為改變Rs后檢流計指針偏離平衡位置的格數(shù)。根據(jù)箱式電橋的不確定度公式，求出各自的不確定度，并寫出結(jié)果表達式?！緦嶒灲虒W(xué)指導(dǎo)要點】1自組電橋接線時，應(yīng)先接四個橋臂，再接橋支路，最后接入電源。2用電橋測電阻之前，必須先用萬用表粗測待測電阻的阻值，并調(diào)RsRx，以保護檢流計。3自組電橋Rn 調(diào)大是減小電流降低G的靈敏度并保護G，由大調(diào)小是經(jīng)過一次粗調(diào)后提高G的靈敏度。4自

8、組電橋測量中交換R1和R2是為了消除比例臂電阻不等值的測量誤差，第一次測出 ，交換R1與R2的位置 后測出 ，則 。 5箱式電橋自身帶有電源，測量中不用再外接電源。使用時B、G兩個電健要同時使用，但需先按下B，再按下G；斷開時則先松開G，再松開B，以保護檢流計。6選取適當?shù)谋堵剩–），目的是使箱式電橋上的四刻度盤都被用上，也就是測量值要有四位有效數(shù)字。7箱式電橋在測量中量程不同時，其準確度等級不同，即的取值有變化，請記錄儀器背板上的有關(guān)數(shù)據(jù)。8.測量完畢，應(yīng)將連接片重新?lián)Q到“內(nèi)接”上，以保護檢流計。9.必須按規(guī)定選擇電橋測電壓，若電源電壓低于規(guī)定值，會使電橋靈敏度降低，若高于規(guī)定值，則可能燒壞

9、橋臂電阻。10.檢流計指針不動，除了檢流計損壞或鎖扣未推下外，原因可能是電路回路未接通或“橋”對角線B、D斷開。排除故障的順序是先用萬用表檢查電源有關(guān)輸出，合上開關(guān)片后，檢查A、C兩點間有無電壓，最后分段檢查“橋”對角線上導(dǎo)線和連接是否完好（檢流計不能直接用萬用表的測電阻檔檢查！）如果仍未查出，肯定是四個橋臂中兩鄰的兩個電阻同時不通造成的。11.檢流計指針偏向一邊：原因可能是電橋的比率臂（倍率）選得不恰當。若是比率臂選擇不當，則改變比率臂的值就能使指針偏向另一邊。如果不論比率臂和比較臂Rs取什么值，指針總向一邊偏轉(zhuǎn)。設(shè)電流總是從D流向B，則四個橋臂中必是有一個橋臂斷開，或者兩個正對的橋臂同時斷

10、開。這種故障只要用一根完好的導(dǎo)線就可能檢查出來（檢查前必須先增大Kn的值，以減小電路的工作電流）。當用一根導(dǎo)線將某一橋臂短路時，如果檢流計的指針偏轉(zhuǎn)的方向不變，則說明該橋臂是斷開的；如果檢流計指針偏轉(zhuǎn)的方向不變，則說明橋臂是完好的；如果檢流計的指針不再偏轉(zhuǎn)，則說明該橋臂對面的橋臂是斷開的，將斷開的橋臂接通后，再利用上述方法來判斷用導(dǎo)線短路的橋臂是否完好，將查出的斷開橋臂中壞的導(dǎo)線或電阻換下，故障可排除。 12.檢流計指針搖擺不定：原因可能是電路中某根導(dǎo)線接觸不良引起，可輕輕抖動各根導(dǎo)線，找出接觸不良的位置，把故障排除?！緦嶒炈伎碱}】1、實驗還可用幾種比率測某電阻的阻值? 你能用幾種方法何種儀器

11、測電阻？答：此實驗就實驗室的自組電橋儀器設(shè)備,還可用1:3，:，:等幾種比率測某電阻的阻值；此實驗用箱式電橋，還可用0.001，0.01， 10，100，1000等幾種比率測量，結(jié)果為四位有效數(shù)字，其測量阻值范圍分別為：1-9.999,10-99.99,10000-99990,100000-999900, 1000000-9999000。在測量方法上，有以下幾種方法：1. （間接比較法）當K接通1時，由歐姆定律可知 當K接通2時，電壓不變，有 。細調(diào) ，使 則2.半偏法當K1,K2閉合時（Rx）,調(diào)節(jié)Rs使電流表滿偏，可得Rs的讀數(shù)值R1；當K1閉合K2斷開時，調(diào)節(jié)Rs使電流表滿偏，可得另一Rs的值R2，由歐姆定律有 因I1=I2,有Rx=2R1-R2伏安法電流表外接，有（Rv為電壓表電阻）比較法當K1,K2閉合時，測出此時的電流I1,當K1閉合，K2斷開時，細調(diào)Rs,此時的電流為 ,由歐姆定律得： ， ，則補償法調(diào)R,使此時的電壓合適（約為Es），再合上，細調(diào)Rs，使敏流計讀數(shù)為零，則直接測量法：用電表直接測量。（略）2.請寫出自組電橋測一根長為L，面積為S電阻棒的電阻率的主要步驟？答：(1)合理布置儀器，按線路圖接線，打開工作電源，調(diào)輸出電壓為5.0V。(2)取R1:R2=1:1，用萬用表粗測Rx值，調(diào) RsRx，并