直流单臂电桥.ppt.ppt

直流单臂电桥实验 实验序 电桥是采用桥式电路的电测量仪器，是一种比较式的测量仪器。它在电测技术中应用极为广泛，可以用来测量电阻、电容、电感、频率、温度、压力等许多物理量。 电桥仪器主要分为直流电桥和交流电桥两大类。直流电桥按其结构又可分为单臂电桥和双臂电桥。 电桥有两种工作方式: 平衡电桥：直接测量桥臂电阻的大小，得到测量结果。 非平衡电桥：测量桥臂电阻的变化量，以得到测量结果，主要用于非电量的电测技术。 根据《科学时报》报道（2001.7.3)，德国波鸿鲁尔大学宣布，该大学的电子技术人员制成了世界上最小的电桥，它只有12纳米长，有助于推进微型计算机芯片的开发工作。 预习要点 单臂电桥的电路结构； 直流单臂电桥测电阻的原理和方法； 电阻温度系数的物理意义； 柱面加热器和温度测控仪的使用要点。 一、实验目的和学习要求 学习单臂电桥的电路组成； 理解并掌握用直流单臂电桥测电阻的原理和方法； 掌握多功能温度测控仪和恒温柱面加热器的使用； 用QJ24型直流单臂电桥测铜、合金、半导体在不同温度下的电阻值，计算铜电阻的温度系数。 二、实验原理 1．直流单臂电桥 直流单臂电桥也叫惠斯通电桥，其原理电路如图所示。四个电阻R0、R1、R2和Rx构成一个四边形，每条边称作电桥的一个“臂”。 适当选择R1、R2的值，调节R0的电阻值，使B、D两点的电位相等时（UB=UD），检流计中无电流通过，即Ig=0 ，这时称为电桥平衡。 电桥平衡时，Ig=0，I1=Ix，I2=I0， 同时由于B、D两点的电位相同，所以 UAB=UAD， UBC=UDC。根据欧姆定律有： 2．导体的电阻温度特性 导体的电阻均与温度有关。在通常温度下，多数纯金属的电阻其阻值的大小随温度的变化呈线性关系，可用下式来表示。 式中Rt是导体在温度为t℃时的电阻值；R0为导体在0℃时的电阻值；?称为电阻的温度系数。 严格地说，各种导体的温度系数? 和温度有关，但在0℃～100℃范围以内，?值变化很小，可认为不变。 康铜、锰钢等合金，电阻几乎不随温度变化，α值很小，约为0.2×10-4/℃。利用合金的这一性质，可制成标准电阻。 半导体的电阻与温度的关系和金属导体不同。在通常温度下，半导体的电阻随温度的升高而减小，具有负的电阻温度系数。它的变化规律为 三、仪器介绍 1．QJ24型直流单臂电桥 QJ24型箱式电桥采用惠斯通电桥线路，主要由比率臂、比较臂、检流计和电池组组成。全部部件安装在箱内，箱盖铭牌上给出了电桥原理线路和有关参数，供使用者参考。 2．多功能温度测控仪和恒温柱面加热器 本实验用ZHQ-1型恒温柱面加热器对待测量的三种样品（铜、合金、半导体）进行加温，并由KWY-3型多功能温度测控仪进行控温和测温。 ☆ ZHQ-1型恒温柱面加热器 ZHQ-1型恒温柱面加热器为铝制外壳，采用柱形结构。圆柱中心轴线位置放置棒状电热丝，电热丝产生的热量均匀四周辐射，炉内温度以柱中心对称分布。其特点是升温速度快，达到平衡温度的时间短。 ☆KWY-3型多功能温度测控仪 开机后仪器自行显示“控温测量”状态，用功能选择键选择仪器功能。每按一次功能选择键仪器进入下一功能状态。 用温度设定键选择温度设定位，用 键设定所需温度，全部设定完以后按设定键确认。也可用T0+5直接增加5℃设定控制温度。 四、实验内容 ⑴ 用QJ24直流单臂电桥测出室温下铜、合金、半导体电阻的阻值。 ⑵ 将温度设定为室温下增加5℃，通电加热至温度平衡。测出相应温度下的铜、合金和半导体的电阻值。当温度趋于稳定时，迅速将电桥调节平衡（如何调节？），记录电桥平衡时的温度ti和温度为ti时电桥比较臂的读数。 ⑶重复步骤⑵，使温度每升高大约5℃时测一组数据，共测6组数据。将所测数据填入数据记录表格中（自拟数据记录的表格）。 注意：调节电桥平衡要迅速，电桥平衡时，应首先读取温度计的读数，再记录电桥转盘的示值，想一想为什么要这样做？ 五、数据处理 ⒈以Rt为纵坐标，t为横坐标，在坐标纸上描绘铜电阻R－t图线，求出直线在纵轴的截距和斜率k，于是铜电阻的温度系数 ?=k/Rt 求出所测电阻的温度系数?，并与公认值?‘ 进行比较。铜电阻的公认值 ?’= 0.0043/℃ * * 刘金环 对角A和C上加上电源E，对角B和D之间连接检流计G。检流计的作用是将“桥”两端的电位UB和UD进行比较。Rx是待测电阻，R1、R2是已知电阻，R0是可调节可读数的标准电阻。 I1R1=I2R2，Ix Rx=I0R0 所以 此式是电桥平衡的条件，称为电桥平衡公式。 式中，E和R0是常量，k为玻耳兹曼常数，T为绝对温度。利用半导体的这一性质制成的热敏电阻，在灵敏测温和自动温控装置中得到广泛应用。 QJ24型电桥测量范围是20～9