直流电桥测电阻实验讲义.docx

实验十直流电桥测电阻电桥是一种用电位比较法进行测量的仪器，被广泛用来精确测量许多电学量和非电学 量，在自动控制测量中也是常用的仪器之一按照用途电桥可分为平衡电桥和不平衡电桥； 按照使用的电源又可分为直流电桥和交流电桥直流电桥是用来测量电阻或与电阻有关的物理量的仪器，待测电阻在 1〜1000K◎时，可用单臂（惠斯登）电桥；若测量1 ◎以下的低电阻时，则必须使用双臂（凯尔文）电桥交流电桥（万能电桥）主要用来测量电容、电感等 物理量［实验目的］1、掌握用电桥测量电阻的原理和方法2、学会使用单臂及箱式惠斯登电桥测量电阻［实验原理］1、单臂电桥原理惠斯登电桥（单臂电桥）是最常用的直流电桥，其电路原理图如图10-1所示图中R、R2和Rs是已知阻值的标准电阻，它们和被测电阻Rx连成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂对角A和C之间接电源E;对角B和D之间接有电流计G和电键K,I1R1 I2R2电键上有1.5 k保护电阻，它像桥一样若调节Rs使桥两端的B点和D点电位相等，电流 计中电流为零，电桥达到平衡，这时可得(10—1)两式相除可得IlRs 的(10—2)Rx(10—3)只要电流计足够灵敏，等式(10—3)就能成立，被测电阻 Rx可以从R、R2和Rs三这一过程相当于把 Rx和标准电阻相比较， 因而测量的准确度较高。

0. 999 0B. 902内心10X98-2 口100X90.999Q凡,外个已知的标准电阻求得W0X9 d10 78L. 009 Q to-i409. 09 QL o409. 09 Q o 10SI. 009 0 i()2IQ1-oKe图10 — 2 QJ 23型直流电桥线路图本实验中采用 QJ- 23型便携式单臂电桥，它的实际电路图见图10—2,面板结构如图10—3所示电桥各部件的作用及特点说明如下：(1)比率臂K相当于图10-1中的R2和R1,由8个精密电阻组成， 其总阻值为1KQ,度盘示值K=R^ ,即比率，分为从0.001到1000共七档图10-2中各电阻均以◎为单位R1(2)测量臂Rs由四个十进位电阻盘组成，最大阻值为9999" 调节K和Rs使电桥平衡时，被测电阻值为RxkRs(10—4)(3)端钮X1和X2接被测电阻，8+和B-、G+和G分别为外接电源、外接检流计用的接线端钮4)检流计G,其灵敏度约3M0-6A/div ,内阻近百欧姆，用以指示电桥平衡与否检流计上有调零旋纽， 测量前应预先调好检流计零位 实验中，我们把引起仪表示值可觉察变 化的被测量的最小变化值叫灵敏阀(或叫分辨率)，这里取0.2分格所对应的电流值作为检流计的灵敏阀。

5)电源及检流计开关，B是电源按钮开关，实验中不要将此开关按下锁住，以避免电流热效应引起的阻值变化，而影响仪器测量精度， 并且还可以防止电池很快耗尽检流计按钮开关G 一般只能跃按，以避免非瞬时过载而引起的损坏另有一种QJ-24型电桥，它多了一个q开关，它的作用是测量中先按下G1粗调，这时有分流电阻与检流计并联，粗调平衡后再按开关 G细调平衡增设开关，是因为QJ- 24型的准确度等级更高、 检流计更灵敏的缘故用电桥测电阻前，通常应先知道(或用万用表粗测)被测电阻的大约值，然后预设比率图10-3 QJ W3型直流电阻电桥面板图盘和测量盘于相应的大约值，再细调K和Rs之值求出测量值2、单臂电桥测电阻的误差平衡电桥法测电阻的误差，主要来自两方面：(1) 电桥灵敏度(Sb)带来的误差电桥是否已经平衡，依赖于判断检流计是否指零因而检流计的灵敏度大小直接影响了判断性换言之，判断检流计是否指零所产生的误差决定了电桥的灵敏度电桥平衡时，改变单位电阻检流计的偏转格数”称作电桥灵敏度10—5)Sb越大，表示电桥越灵敏，判断就越准确适当提高工作电源电压和选用低电阻的检流计将有利于提高电桥的灵敏度通常假定仪表标尺的—分度为难以分辨的界限，于是由10,,…，、皿…斗，1电桥灵敏度带来的误差为Rb 0.2 — 0Sb(2) 桥臂电阻带来的误差 R2 _ 由于Rx —Rs,可导出求算Rx的相对误差为 RiRxRXR2)2R2Rs)2Rs(10—6)Rs使电桥平衡。

分别(10—7)这样就消除了由 Rv R2本身的误差而带来的系统误差由式( 误差为Rx 1 , Rs1、2 , Rs2、2 Rs-Z- c ( ) ( ) -z-Rx 2 :、 Rs1 Rs2 RsRsRx Rx Rs1 rRs Rs1 Rs2210—7)求出Rx的相对(10—8)(10—9)(10—10)若保持R1和R2比值为1,把Rs与Rx二个桥臂位置交换，再调节测出交换前、后电桥平衡时比较臂Rs的示值Rs1及Rs2 ,可得到Rx 、、 Rs1 ? Rs2Rs 0.1%Rs 0.002m , m(10—11)它只与电阻箱 RS的仪器误差有关对0.1级的电阻箱,为所使用的电阻箱的转盘数结论：(1) 总误差等于检流计不灵敏误差与桥臂误差之和即R ,(一&厂(-Rx)2(2) 测量中将某些条件相互交换，使产生的系统误差方向相反，从而抵消测量中的部分 系统误差，称作交换法，它是处理系统误差的基本方法之一［实验仪器］QJ23型直流电阻电桥电阻箱、AC5型直流检流计、稳压电源、待测电阻、滑线变阻器、［实验内容］1、自搭电桥测电阻用电阻箱自搭电桥， 按图10—1原理图接线在开关K上并联一高值电阻 R (1.5KQ) 以保护检流计。

在测试前要考虑以下问题：(1)接好线路，拟好实验步骤，经教师检查后方可通电作实验须特别注意实验中勿超过电阻箱的额定电流2)调节电桥，使它工作在最灵敏状态一 R2取—— 二1,测量待测电阻Rx,并以交换法消除装置不对称引起的系统误差 R2、箱式电桥测电阻应用QJ23型直流电阻电桥测量待测电阻值，其原理图如图10—2所示［数据处理］1、自搭电桥，用交换法测出待测电阻值序号Rx标称值(◎)Rs1 (◎)Rs2(◎)SbRm(电阻箱的转盘数)123最佳估计值估算:Rx 、、Rs1?Rs2不确定度计算：1Rs— Rs1Rs22RxRsm0.1% 0,002 —RxRsRs,1220.2 2Rs 2求出：R ■. ( Rb)( Rx)(—)(Rx ),SRs结果表示为： Rx RxRx2、箱式电桥 QJ- 23测Rx的电阻值序号标称值Rx (◎)比率K实际测值Rx(◎)仪器级别A123不确定度计算:Rx A% Rm （ Rm为该比率下电桥的量程）结果表示为： Rx RxRx［思考题］1、电桥测电阻的原理是什么？电桥平衡的条件是什么？在具体操作中是如何实现的？2、箱式电桥中比率臂的倍率值选取的原则是什么？如果没有选择好，对结果有何影响？3、为什么电桥上按钮开关要用跃接法？操作按钮B和G的按接顺序是什么？4、在通电前，保护电阻R与其并联的开关 K应如何处置？在实验中为提高电桥灵敏度，又应如何处置？。