大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)雙臂電橋

雙臂電橋

?電磁學(xué)系列61

雙臂電橋又名開(kāi)爾文電橋，是一種測(cè)量低值電阻（一般在10-5~1之間）的常用儀器，測(cè)量準(zhǔn)確度較高。在測(cè)量低電阻時(shí)，連接線的電阻、接頭的接觸電阻（一般為10-310-4的數(shù)量級(jí)）都將給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)不允許的誤差。因此就必須想辦法消除或減小接線電阻和接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。雙臂電橋就是為了解決這些矛盾而設(shè)計(jì)出來(lái)的。2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

1、熟悉雙臂電橋測(cè)量低電阻的原理。2、了解單臂電橋與雙臂電橋的關(guān)系和區(qū)別。3、學(xué)會(huì)QJ-44型雙臂電橋測(cè)量低電阻的方法。4二、實(shí)驗(yàn)原理5見(jiàn)圖：

r1-4是接線電阻，由圖可見(jiàn)。電壓表測(cè)量的電阻兩端還包含r1-2，當(dāng)R與r1，r2同數(shù)量級(jí)時(shí)將帶進(jìn)的誤差就很大，1、接線電阻與導(dǎo)線本身電阻對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響AVRr1r2r3r462、四端接入法消除誤差：Vr1r2r3r4CCPPPCCCPP電壓接線電流接線

四端接入法如圖所示，r1—4同樣是接線電阻，然電路變成電壓表串聯(lián)r3-4與R并列，由于電表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于r3，r4，因此它們的影響可以忽略不計(jì)。下圖就是四端接入法裝置。R四端接入裝置73、雙臂電橋原理Ig=0時(shí)令R/R1=Rˊ/R2,83、雙臂電橋原理I1R1R2R3R4Gr1r2r3r4RxRoror5r6AFBHCDEmAiI0

當(dāng)C，D電位相等，即電橋平衡時(shí)，G零指示。這時(shí)：則：

同理和假如滿(mǎn)足：R1,R2,R3,R4分別大大于r1，r2，r3，r4方程簡(jiǎn)化為:

9將兩式相比：

如果調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電阻箱使電橋平衡有R3=R1,R4=R2則：

10需要滿(mǎn)足的條件A:要求I0比i至少要大4到5個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此R3，R4要比r0大得多，這樣可以保證大多數(shù)電流從r0流過(guò)。B:R1,R2,R3,R4的電阻值應(yīng)適當(dāng)取得大一些，但不能無(wú)限地?cái)U(kuò)大，這樣要引起靈敏度的下降。把四端接法的低電阻（如待測(cè)低電阻和比較臂低電阻）接入原單臂電橋，這樣就多了一臂，最后就演變成為上圖的雙臂電橋的電原理圖。為了保證電橋在調(diào)節(jié)平衡過(guò)程中同步協(xié)調(diào)，通常都采用兩個(gè)機(jī)械聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，同時(shí)也就一定存在兩個(gè)相等的比率，這樣電橋有了兩個(gè)比率臂，故有雙臂電橋之稱(chēng)。11三、實(shí)驗(yàn)儀器12實(shí)驗(yàn)儀器:QJ44雙臂電橋面板介紹：電源輸入檢流計(jì)指另調(diào)節(jié)電流輸入電壓輸入倍率靈敏度調(diào)節(jié)（逆時(shí)針到底，靈敏度最小）電流放大器電源開(kāi)關(guān)測(cè)定臂細(xì)調(diào)測(cè)定臂粗調(diào)電源按鈕檢流計(jì)按鈕開(kāi)關(guān)13操作要點(diǎn)：

1、將檢流計(jì)電源開(kāi)關(guān)“B1”開(kāi)啟，穩(wěn)定后（大約5分鐘）靈敏度逆時(shí)針到底，調(diào)節(jié)調(diào)零按鈕使檢流計(jì)指示為零。2、用導(dǎo)線將被測(cè)電阻按四端接線的方式完成必要的連接。其中P—P是電壓端：C-C是電流端。3、估計(jì)被測(cè)電阻的大小，選擇適當(dāng)?shù)谋堵?，先按B按鈕后按G按鈕，細(xì)心調(diào)節(jié)測(cè)定臂粗調(diào)與測(cè)定臂細(xì)調(diào)，使電橋平衡，逐漸提高電橋靈敏度，然后反復(fù)調(diào)節(jié)直到最靈敏度的位置方可以讀數(shù)：

RX=倍率X（步進(jìn)位數(shù)+測(cè)定盤(pán)讀數(shù)）

4、測(cè)量完成后，將‘B1’開(kāi)關(guān)關(guān)閉。14四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容15

1、測(cè)定金屬的電阻率和電導(dǎo)率

試用QJ-44型雙臂電橋測(cè)出黃銅棒的電阻率和電導(dǎo)率。雙臂電橋使用見(jiàn)說(shuō)明書(shū)，數(shù)據(jù)表格和數(shù)據(jù)處理自擬。

測(cè)量過(guò)程點(diǎn)擊播放162、測(cè)定金屬的電阻溫度系數(shù)

導(dǎo)體的電阻隨溫度不同有所變化,金屬的電阻隨溫度的變化關(guān)系為：

中的R和R0分別表示tC和0C時(shí)的電阻，是常數(shù)，即待測(cè)材料的電阻的溫度系數(shù)。為了避免在0C時(shí)測(cè)量R0，可從R1=R0（1+t）及R2=R0（1+t）兩式中消去R0得：從上式可知：測(cè)定，必須先測(cè)定t1、R1、t2、R2。t1、t2可以溫度控制器上讀出。R1、R2用“QJ-44型直流雙臂電橋”來(lái)測(cè)量。

（1）17測(cè)量裝置被測(cè)電阻封接在一個(gè)密封的金屬罐內(nèi)，其中心有一盛有機(jī)油的小罐（既絕緣又使其導(dǎo)熱均勻）把被測(cè)電阻與加熱裝置都浸入油中，然后密封金屬外蓋。實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)下圖。

CPPC測(cè)定金屬的電阻溫度系數(shù)裝置被測(cè)電阻機(jī)油加熱器外蓋冷卻風(fēng)扇接加溫與溫度控制注意:儲(chǔ)油罐注入約三分之二深度的機(jī)油，測(cè)量電阻應(yīng)慢慢放入儲(chǔ)油罐內(nèi)，并防止溢油。18加溫裝置的使用與操作19（1）將被測(cè)電阻的四引出端分別按電壓，電流端與雙臂電橋完成連接。（2）啟動(dòng)加熱器的電源，注意一下啟動(dòng)時(shí)的顯示溫度，接著設(shè)定溫度的范圍，一般大約定在90度左右。(3）每當(dāng)升高5°C左右測(cè)一次電阻和溫度并作記錄，一直做到90度左右，視情況而定。(4)停止加溫，啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，在剛才記錄數(shù)據(jù)的溫度上，再記錄下降溫時(shí)的數(shù)據(jù)，作平均值。注：實(shí)驗(yàn)也可以先直接加熱到設(shè)定的溫度，然后慢慢降溫，只測(cè)降溫?cái)?shù)據(jù)作出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。測(cè)量操作20（5）充分利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)組合分別代入式（1）求出，再求其平均值。（6）作出Rt-t的曲線，根據(jù)曲線求出值（或上機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理）。試與用（1）式求得的的平均值作比較，分析兩者產(chǎn)生差異的原因？21測(cè)量過(guò)程點(diǎn)擊播放22五、注意事項(xiàng)23

1、在加溫過(guò)程中，加溫裝置所顯