惠斯登电桥测中值电阻.ppt

实验七 惠斯登电桥的使用 实验目的 1. 掌握惠斯登电桥的原理和桥式电路的特点。 2. 学会用惠斯登电桥组装电路并用惠斯登电桥测量电阻。 3. 学会正确使用箱式电桥。 4. 进一步熟悉万用表测电阻的方法。 实验目的 实验原理 实验仪器 实验方法与步骤 实验数据处理 注意事项 思考与练习 实验原理 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。 实验原理 1.惠斯登电桥的原理 R１、R２、R０、Rｘ组成电路的4个桥臂，Rｘ为待测电阻。在一般情况下，b、d两点电位不相等，检流计指针偏转。若调整R１、R２、R０使得检流计中没有电流通过（IG=0），则说明b、d两点达到同电位，这时我们称电桥达到“平衡”，此时满足下列关系： IＧ= 0 实验原理 实验原理 IＧ= 0 实验原理 若已知R１、R２、R０，则可由上式求出Rｘ。上式又叫电桥平衡条件。 在实验过程中， 一般先选定比率R1/R２，再调节R０使电桥达到平衡。一般R０及R１、R２均用准确度较高的电阻（达到0.01级），测出的Rｘ的精度也较高。 电桥法测量电阻的误差主要来源于三个方面： 一是R1、R2及R0本身的误差； 二是检流计本身的灵敏度； 三是触点误差。 实验原理 2.电桥的灵敏度S 我们用电桥灵敏度S反映电桥对电阻相对变化的分辨能力。 电桥灵敏度S的定义是 S＝ （格） 它表示电桥平衡后，被测电阻的相对改变量为一个单位时引起的检流计偏转的格数，S越大，电桥就越灵敏。在实际操作中被测电阻Rｘ的阻值是不能改变的，一般常用ΔR０ /R０来代替ΔRｘ /Rｘ求S值。 实验原理 3.惠斯登电桥测量电阻的误差分析 ⑴组成惠斯登电桥所用电阻准确度带来的级别误差 按仪器级别误差的定义，这些电阻的相对误差都是≤(级别值)％；按绝对值误差合成法则，测量结果均存在下列误差 ＝ ＋ ＋ 若R１、R２、R０均用0.1级电阻箱，则有误差 ≤0.3％ 因此，在组装电桥时要采用准确度高的电阻。 实验原理 ⑵ 读数误差 电桥的平衡依赖于对检流计示零的判断。影响判断平衡的因素有2个，一是前面我们讨论的电桥本身的灵敏度S；另一个因素是人眼对检流计指针在偏离平衡0.2格之内无法分辨而产生的视觉误差，那么读数误差对测量误差的贡献为： 　　　　　　　 实验原理 ⑶桥臂存在其他电阻等因素带来的误差 在实际测量中，一般忽略导线本身的电阻、电器元件连接处的接触电阻，这类电阻大约在10-2～10-5Ω范围，又由于任何材料都不绝对绝缘，这相当于存在一个与线路并联的被称为“漏电”电阻的大电阻，另外电器元件接触处又存在电势差，这些因素的忽略都给测量结果带来了误差。 减少这类误差主要采取2个措施：一是用惠斯登电桥测量的电阻限制在比连接线电阻和接触电阻大得多，而又比漏电电阻小得多的中等阻值的电阻；二是要合理选用器材和保证良好的实验环境。若要测更大阻值的电阻，一般采用高阻电桥或兆欧表；而要测量阻值较小的电阻，一般采用双臂（开尔文）电桥。 实验原理 R1、R2、 R3、R4均为可调电阻Rx，为被测低电阻， Rs为低值标准电阻。 实验原理 开尔文电桥是惠斯通电桥的变形，在测量小阻值电阻（通常1欧）时具有相当高的准确度。 开尔文电桥的两点改进： 1.增加了一个由R3、R4组成的桥臂； 2. Rs和Rx由两端接法改为四端接法，其中P1-P4为电压接点， C1-C4为电流接点。 实验原理 通过两点改进，开尔文电桥将Rs和Rx的接线电阻和接触电阻巧妙地转移到电源内阻和阻值很大的桥臂电阻中，又通过R1/R2=R3/R4设定，消除了电阻R2的影响，从而保证了测量低电阻时的准确度。 调节R1、R2、 R3、R4，使电桥平衡，可求得 实验原理 仪器与器材 电阻箱（3只），检流计， 直流稳压电源，QJ45型箱式电桥， 待测商品电阻（约2千欧，1千欧各1）， 滑动变阻器（200欧，50欧各1）， 多用表，开关（2个）等。 实验仪器介绍 QJ-45型携带式线路故障测试