电桥法测量电阻 29页

【 实验简介 】 电桥是利用比较法进行电磁测量的一种电路连接方式，它不仅可以测量很多电学量，如电阻、电容、电感等，而且配合不同的传感器件，可以测量很多的非电学量，如温度、压力等。 实验室里常用的电桥有惠斯通电桥（单臂电桥）和开尔文电桥（双臂电桥）两种。前者一般用于测量中高值电阻；后者用于测量1欧姆以下的低值或超低值电阻。 用直流单臂 ( 惠斯通 ) 电桥测量中高值电阻 一、实验目的 了解惠斯通电桥的结构，掌握惠斯通电桥的工作原理； 2. 掌握用自搭惠斯通电桥测量电阻； 3. 掌握使用箱式直流单臂电桥测量电阻。 二、实验仪器实物图 干电池 被测电阻 检流计 多盘十进变阻器 变阻器 变阻器 QJ23 型箱式直流单臂电桥实物图 QJ23 型箱式直流单臂电桥内部电路图 测量范围 /Ω 1-10 10-10 2 10 2 -10 3 10 3 -10 4 10 4 -10 5 10 5 -10 6 10 6 -10 7 比率 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 注意： 使用惠斯通电桥测电阻前，应根据粗测值，然后选用合适的比率（尽可能使 R 0 有四位有效数字） , 并将比较臂的旋钮旋至适当的位置上，这样可避免因电桥远离平衡状态而使检流计流过太大的电流 。 QJ23 型箱式直流单臂电桥比率选择表 三、实验原理 R 1 、 R 2 均为 固定电阻， R x 为 被测电阻， R 0 为 可调标准电阻，G 为灵敏电流计， U s 为工作电源 电压 。 当电桥平衡，流过检流计的电流为零时，有 即 若比例臂 和 R 0 已知， 就 可以求出 被测电阻 R x 为的阻值 。 四、实验内容 一 . 用自搭惠斯通电桥测电阻 1) 按图先摆好仪器，再接好线路。 2) 根据被测电阻的阻值范围，以及 R 1 : R 2 的比例值估算 R 0 的范围。 3) 适当调节标准电阻 R 0 直到检流计的指针指“ 0” ，记下 R 0 值，按公式算出 R X 的值。 R 1 R 2 R x R 0 二 . 用 QJ23 型箱式直流单臂电桥测电阻 1 调零 2 选择倍率 4 逐步逼近法调节 3 阶越法按下 五、数据记录和处理 (1) 用自搭惠斯通电桥测电阻（ R X1 约几十欧， R X2 约 1KΩ ） R 1 /Ω R 2 /Ω R 0 /Ω R x /Ω /Ω R x1 100 100 100 200 100 300 R x2 1000 1000 1000 2000 1000 3000 R 1 / R 2 R 0 / Ω R X 标称值 R X 的自搭电桥测量值 相对误差 (2) 用 QJ23 型箱式直流单臂电桥测电阻 六、注意事项 在调节电桥平衡时，如果检流计的指针偏转到两个端点位置，切忌长时间按住 B 和 G 两个按钮，因为检流计长时间过载容易损坏。 待测电阻未接入电桥前，严禁按下 B 和 G 按钮，否则因检流计中电流过大而损坏电表。 不能用箱式电桥测试带电线路或有电元件。 实验完毕后，应检查各按钮开关是否均已松开。 七、思考题 用 QJ23 型直流单臂电桥测电阻时，确定比率臂旋钮指示值的原则是什么 ? 如果一个待测电阻的大概数值为 35kΩ ，比率臂旋钮的指示值应为多少 ? 用直流单臂箱式电桥测电阻时，为什么要用跃接法按“ G” 按钮？操作按钮 B 、 G 的顺序是什么？ 用直流双臂 ( 开尔文 ) 电桥测量低值电阻 一、实验目的 1. 了解开尔文电桥的结构； 2. 了解用双臂电桥测低电阻的原理和方法； 3. 学会测量导体的电阻率。 二、实验仪器 QJ44 型直流双臂 ( 开尔文 ) 电桥实物图 QJ44 型箱式直流双臂电桥的版面示意图 QJ44 型直流双臂电桥倍率选择表 倍率 ×100 ×10 ×1 ×0.1 ×0.01 被测电阻范围 1.1 ～ 11 0.11 ～ 1.1 0.011 ～ 0.11 0.0011 ～ 0.011 0.000011 ～ 0.0011 准确度等级 0.2 级 三、实验原理 1. 双臂电桥原理图 R 1 、 R 2 、 R 3 、 R 4 均为可调电阻， R x 为被测低电阻， R s 为低值标准电阻。 2. 调节 R 1 、 R 2 、 R 3 、 R 4 ， 使电桥平衡，可求得 当 时 3. 测量导体的电阻率 实验指出，导体的电阻与其长度 L 成正比，与其横截面积 S 成反比，即： 式中比例系数 ρ 称为导体的电阻率，可按下式求出 式中 d 为圆形导体的直径。因此当测得 d 、 L 和 R 之后，可求得导体的电阻率。 四、实验内容 1. “ B 1” 开关扳到“通”位置，等稳定后，调节检流计指针在零位，灵敏度旋钮在最低位置。 2 . 将被测电阻箱各旋钮指零，接在电桥相应的 C 1、 P 1 、 P 2 、 C 2 接线柱上。 3. 估计被测电阻大小，选择适当倍率位置。 4. 调节步进读数盘 和滑线读数盘 ， 电桥逐步趋于平衡时再逐步加大灵敏度，直至灵敏度达到最高，电桥仍平衡为止。此时 待测电阻 Rx = 倍率读数 （步进读数+滑线读数） 5. 用游标卡尺测出 P 1 、 P 2 间的长度 l 和不同部位的直径 d 。 6. 求出导体的电阻率 ρ 。 五、数据记录和处理 铜棒 1 2 3 4 5 6 平均值 电阻 R /Ω 长度 L /mm 直径 d /mm 电阻率 ρ /(Ω·m) 计算铜棒不确定度 U  （分别计算 U R 、 U L 、 U d ) 然后分别求出 U L ， U d 。 再计算铜的相对不确定度 U  /  : 求出 结果表示为： 参考数据： 式中 α 为准确度等级， R max 为电桥读数的满刻度 ( Ω ) 六、注意事项 1. 用双臂电桥测电阻时，必须先摁下 B 按钮，再跃接 G 按钮；断开时应先断开 G 按钮，再断开 B 按钮。测量 0.1Ω 以下的电阻时，因工作电流大， B 按钮应间歇使用。 2. 测量 0.1 Ω 以下的电阻时， C 1 、 P 1 、 C 2 、 P 2 接线柱到被测电阻之间连线的导线电阻应不大于 0.0lΩ ，测量其它阻值时，导线电阻应不大于 0.05Ω 。 3. 所有接头必须干净、接牢，避免接触不良，以减小附加电阻 。 七、思考题 1. 惠斯登电桥和开尔文电桥的主要区别是 什么？各自的测量范围是多少？ 2. 在双臂电桥使用中，为什么要把被测电 阻作成四端电阻形式？