1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)名稱： 惠斯登電橋測(cè)電阻 專業(yè)班級(jí)： 0 學(xué)生姓名： 0 學(xué)號(hào)： 0 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 0 座位號(hào)： 0 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 0 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握惠斯通電橋測(cè)電阻的原理和方法。2、學(xué)會(huì)正確使用箱式電橋測(cè)電阻的方法。3、了解提高電橋靈敏度的幾種途徑實(shí)驗(yàn)器材1箱式惠斯通電橋 2.各型號(hào)電阻實(shí)驗(yàn)原理電橋法測(cè)量是一種很重要的測(cè)量技術(shù)。由于電橋法線路原理簡(jiǎn)明，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)量的靈敏度和精確度較高等優(yōu)點(diǎn)，使它廣泛應(yīng)用于電磁測(cè)量，也廣泛應(yīng)用于非電量測(cè)量。電橋可以測(cè)量電阻、電容、電感、頻率、壓力、溫度等許多物理量。同時(shí)，在現(xiàn)代自動(dòng)控制及儀器儀表中，常利用電橋的這些特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試和控

2、制。 電橋分為直流電橋和交流電橋兩大類。直流電橋又分為單臂電橋和雙臂電橋，單臂電橋又稱為惠斯通電橋，主要用于精確測(cè)量中值電阻。雙臂電橋又稱為開爾文電橋，主要用于精確測(cè)量低值電阻。本次實(shí)驗(yàn)主要是學(xué)習(xí)應(yīng)用惠斯通電橋測(cè)電阻。1 惠斯通電橋的線路原理 惠斯通電橋的線路原理如圖1所示。四個(gè)電阻r1，r2，rx和rs聯(lián)成一個(gè)四邊形，每一條邊稱作電橋的一個(gè)臂，其中：r1，r2組成比例臂，rx為待測(cè)臂，rs為比較臂，四邊形的一條對(duì)角線ac中接電源e，另一條對(duì)角線bd中接檢流計(jì)g。所謂“橋”就是指接有檢流計(jì)的bd這條對(duì)角線，檢流計(jì)用來(lái)判斷b，d兩點(diǎn)電位是否相等，或者說(shuō)判斷“橋”上有無(wú)電流通過(guò)。電橋沒(méi)調(diào)平衡時(shí)，“

3、橋”上有電流通過(guò)檢流計(jì)，當(dāng)適當(dāng)調(diào)節(jié)各臂電阻，可使“橋”上無(wú)電流，即b，d兩點(diǎn)電位相等，電橋達(dá)到了平衡。此時(shí)的等效電路如圖2所示。 根據(jù)圖2很容易證明 （）此式即電橋的平衡條件。如果已知r1，r2，rs，則待測(cè)電阻rx可求得。設(shè)式(1)中的r1r2=k，則有 rx=krs （）式中的k稱為比例系數(shù)。在箱式電橋測(cè)電阻中，只要調(diào)k值而無(wú)需分別調(diào)r1、r2的值，因?yàn)橄涫诫姌蛏显O(shè)置有一個(gè)旋鈕k值，并不另外分r1、r2。但在自組式電橋電路中，則需要分別調(diào)節(jié)兩只電阻箱（r1和r2），從而得到k值。 由電橋的平衡條件可以看出，式中除被測(cè)電阻rx外，其它幾個(gè)量也都是電阻器。因此，電橋法測(cè)電阻的特點(diǎn)是將被測(cè)電阻與

4、已知電阻(標(biāo)準(zhǔn)電阻)進(jìn)行比較而獲得被測(cè)值的。因而測(cè)量的精度取決于標(biāo)準(zhǔn)電阻。一般來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)電阻的精度可以做的很高，因此，測(cè)量的精度可以達(dá)到很高。伏安法測(cè)電阻中測(cè)量的精度要依賴電流表和電壓表，而電流表和電壓表準(zhǔn)確度等級(jí)不可能作的很高，因此，測(cè)量精度不可能很高。惠斯通電橋測(cè)電阻中，測(cè)量的精度不依賴電表，故其測(cè)量精度比伏安法的測(cè)量精度高。2電橋的靈敏度及影響因素電橋測(cè)量電阻，僅在電橋平衡時(shí)才成立的，而電橋的平衡是依據(jù)檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)來(lái)判斷的，由于判斷時(shí)受到眼睛分辨能力的限制而存在差異，會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。這個(gè)影響的大小取決于電橋的靈敏度。所謂電橋靈敏度，就是在已經(jīng)平衡的電橋里，當(dāng)調(diào)節(jié)比

5、較臂的電阻rs，使改變一個(gè)微小量rs，使檢流計(jì)指針離開平衡位置d格，則定義電橋靈敏度s為 （） 式中：rs是電橋平衡時(shí)比較臂的電阻值，rsrs是比較臂的相對(duì)改變量。因此，電橋靈敏度s表示電橋平衡時(shí)，比較臂rs改變一個(gè)相對(duì)值時(shí)，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)。s的單位是“格”。例如，s=100格=1格(1100)，則電橋平衡后，只要rs改變1，檢流計(jì)就會(huì)有1格的偏轉(zhuǎn)。一般講，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)110格時(shí)，就可以被覺(jué)察，也就是說(shuō)，此靈敏度的電橋，在它平衡后，rs只要改變0.1，我們就能夠覺(jué)察出來(lái)，這樣由于電橋靈敏度的限制所導(dǎo)致的誤差不會(huì)大于0.1。這也正是我們研究電橋靈敏度的目的。電橋靈敏度與下面諸因素有關(guān)：（

6、1）與檢流計(jì)的電流靈敏度si成正比。（2）與電源的電動(dòng)勢(shì)e成正比。（3）與電源的內(nèi)阻re和串聯(lián)的限流電阻re之和有關(guān)。（4）與檢流計(jì)的內(nèi)阻和串聯(lián)的限流電阻rg之和有關(guān)。越小，電橋靈敏度s越高，反之則低。（5）與檢流計(jì)和電源所接的位置有關(guān)。因此，實(shí)驗(yàn)中要使電橋具有較高的靈敏度，以保證電橋平衡的可靠性，從而保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。3實(shí)驗(yàn)裝置 （）箱式電橋：其面板和電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。圖4 qj23型箱式惠斯通電橋面板圖 圖中的各個(gè)代碼分別表示：（1）待測(cè)電阻rx接線柱；（2）檢流計(jì)按鈕開關(guān)g：按下時(shí)檢流計(jì)接通電路，松開(彈起)時(shí)檢流計(jì)斷開電路；（3）電源按鈕開關(guān)b：按下時(shí)電橋接通電路，松開(彈起)時(shí)斷開電路

7、；（4）檢流計(jì)；（5）檢流計(jì)調(diào)零旋鈕；（6）外接檢流計(jì)接線柱；（7）外接電源接線柱；（8）比例臂（9）比較臂（提供比例）。說(shuō)明：(a) 圖3中電橋左下角的三個(gè)接線柱用來(lái)使檢流計(jì)處于工作或短路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，有一個(gè)短路用的金屬片，當(dāng)檢流計(jì)工作時(shí)，金屬片應(yīng)接在中、下兩個(gè)（“外接”）接線柱上，使電路能夠連通；當(dāng)測(cè)量完畢時(shí)，金屬片應(yīng)接在上、中兩（“內(nèi)接”）接線柱上，檢流計(jì)被短路保護(hù)。(b) 電橋背后的盒子里裝有三節(jié)1號(hào)干電池，約4.5伏。當(dāng)某個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)量所需要的電源，比內(nèi)接電源大或者小，就用外接電源，接在外接電源接線柱(7)上。(同時(shí)要取出內(nèi)裝干電池)。(c) 比例臂(8)由r1和r2兩個(gè)臂組成，r1/r2

8、之比值直接刻在轉(zhuǎn)盤上；當(dāng)該臂旋鈕旋在不同的位置時(shí)，r1、r2各有不同的電阻值，組成七檔不同的比值 k(0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000)。(d)比較臂(9)由四個(gè)不同的電阻檔(1，10，100，1000)所組成。（e）在測(cè)量時(shí)，要同時(shí)按下按鈕g、b，要注意，先按g，后按b。（2）ac5型指針式檢流計(jì)ac5型指針式檢流計(jì)是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的儀器，靈敏度高，因?yàn)樗捎昧藦埥z或懸絲代替軸和軸承的結(jié)構(gòu)，去掉了機(jī)械摩擦力。張絲不但是支承動(dòng)圈和指針的元件，也是導(dǎo)流和產(chǎn)生反力矩的元件。由于這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以在使用時(shí)不能激烈轉(zhuǎn)動(dòng)或震動(dòng)。電流常數(shù)。其面板如圖15-5所示。圖中： “+、-”

9、：正負(fù)極接線柱，電橋?qū)嶒?yàn)中檢流計(jì)作為平衡指示器用，接線時(shí)可以不考慮正負(fù)極。 “零點(diǎn)調(diào)節(jié)”：調(diào)零旋鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)此旋鈕可調(diào)節(jié)指針對(duì)準(zhǔn)“0”點(diǎn)。（不能在“鎖定開關(guān)”對(duì)著紅點(diǎn)位置時(shí)調(diào)零。） “鎖定開關(guān)”：此小開關(guān)撥向左邊紅點(diǎn)時(shí)為鎖定狀態(tài)，使線圈短路呈過(guò)阻尼，以保護(hù)檢流計(jì)免受震動(dòng)的損傷。撥向右邊白點(diǎn)時(shí)為使用狀態(tài)，指針可以左右偏轉(zhuǎn)。檢流計(jì)用畢后，應(yīng)將此開關(guān)撥向紅點(diǎn)。刻度盤：檢流計(jì)“0”點(diǎn)在中間。“短路”按鈕：這是一個(gè)阻尼電鍵，當(dāng)檢流計(jì)指針擺動(dòng)不停時(shí)，待其接近0點(diǎn)將此按鈕按下，然后松開，這樣反復(fù)操作幾次，可使指針迅速停止在“0”位，以節(jié)省測(cè)量時(shí)間，同時(shí)保護(hù)檢流計(jì)。注意，上面講的“鎖定開關(guān)”與這個(gè)電鍵，雖然都利用

10、了阻尼效應(yīng)，但用處是不同的，前者是使檢流計(jì)成為不使用狀態(tài)，后者是使檢流計(jì)處于使用狀態(tài)使用的。 “電計(jì)”按鈕：接通電橋電路按鈕開關(guān)，按下時(shí)電路接通，松開時(shí)自動(dòng)彈起，電路斷開。調(diào)節(jié)電橋平衡時(shí)一般應(yīng)采取“躍按”法，即一按一松，按下時(shí)觀察檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)情況 圖15-5 ac5型指針式檢流計(jì) 實(shí)驗(yàn)步驟 （一）清點(diǎn)主要儀器：1電阻箱（3個(gè)） 2穩(wěn)壓電源（ ） 3滑線變阻器(2個(gè) ) 4檢流計(jì)（ ） 5待測(cè)電阻板（ ） 6開關(guān)（ ）7箱式電橋（ ） 8導(dǎo)線( )（二）按圖15-6測(cè)量電路安置儀器，連接電路（三）測(cè)量電阻并測(cè)量電橋的靈敏度1考察比率臂與電橋靈敏度的關(guān)系1）檢查線路；合上k，接通電源，電源電壓取，

11、r1=200, r2=200，待測(cè)電阻取200。2）逐漸減小rp（直到為零），同時(shí)圖15-6 ，測(cè)量電路調(diào)節(jié)r3，使檢流計(jì)指針指零，然后逐漸減小rg（直到為零）, 同時(shí)調(diào)節(jié)r3，使檢流計(jì)指針再次指零，記錄下r3的值填入表（1）中。3）改變r(jià)3至r3，使檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)1格，記錄下r3 的值，其中r3=| r3-r3|，1.0div。4)使電源電壓升高至3.0v時(shí), 重復(fù)上述中的(1)(2)(3),讀取檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)格數(shù),記入下表(2)中。5)調(diào)節(jié)r1=2000, r2=2000,重復(fù)上述中的(1)(2)(3),將數(shù)據(jù)填入表（1）中。6) 調(diào)節(jié)r1=200, r2=20,重復(fù)上述中的(1)(2)(3),將數(shù)據(jù)填入表（1）中。7) 調(diào)節(jié)r1=200, r2=2,重復(fù)上述中的(1)(2)(3),將數(shù)據(jù)填入表（1）中。2考察電壓與電橋靈敏度的關(guān)系.用箱式電橋測(cè)電阻選擇倍率分別為1:1,1：10，10：1，測(cè)量待測(cè)電阻.調(diào)節(jié)r3,使檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)一格,記下r3,將數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，表格自制。(四)列數(shù)據(jù)表格51 綠200 紅3000 橙75000 紫1000010