电桥法测电阻.doc

WORD格式整理 PAGE 专业知识分享 实验十 电桥法测电阻 电桥是一种精密的电学测量仪器，可用来测量电阻、电容、电感等电学量，并能通过这些量的测量测出某些非电学量，如温度、真空度和压力等，被广泛应用在工业生产的自动控制方面。 【实验目的】 ⒈ 掌握用惠斯登电桥测电阻的原理和特点。 ⒉ 学会QJ19型两用直流电桥的使用。 ⒊ 了解双臂电桥测低电阻的原理和特点。 【实验原理】 图 3-10-1 惠斯登电桥的原理电路图 直流电桥主要分单臂电桥和双臂电桥。单臂电桥又称惠斯登电桥，一般用来测量102～106的电阻。双臂电桥又称开尔文电桥，可用来测量10-5～10-2范围的电阻。实验所用的QJ19型电桥是单、双臂两用直流电桥。 ⒈ 惠斯登单臂电桥的工作原理 惠斯登电桥的原理电路如图3-10-1所示，四个电阻、、、和称为电桥的四个臂，组成一个四边形，对角和之间接检流计构成“桥”，用以比较“桥”两端的电位，当和两点的电位相等时，检流计指零，电桥达到了平衡状态。此时有 ， 由于，因此可得 （3-10-1） （3-10-1）式为惠斯登电桥的平衡条件，根据、和的大小，可以计算出待测电阻的阻值，一般称、为比率臂，为比较臂。 图3-10-2双臂电桥的电路结构图 图3-10-2双臂电桥的电路结构图 在惠斯登电桥电路中，存在着接触电阻和接线电阻，这对低电阻的测量将带来很大的误差。特别是当待测电阻的阻值与接触电阻同数量级时，测量便无法进行。在此情形下，为了获得准确的测量结果，必须采用开尔文双臂电桥进行测量。开尔文双臂电桥的电路结构如图3-10-2所示，为待测电阻，为低值标准电阻，、、和均为阻值较大的电阻，表示联接和的接线电阻（其中包括这一接线与和的接触电阻）它与，同数量级，是引起测量误差的重要因素，必须设法消除它的影响。对图中以7、2、4为顶点的△形电路变换成Y型电路后，就可把双臂电桥变成一个惠斯登电桥，根据惠斯登电桥的平衡条件，不难得到开尔文电桥的平衡方程。 (3-10-2) 不难看出，如果在电桥结构上能够做到=和=(3-10-2)式右边的第二项为零，此时平衡方程就变成如下形式： （3-10-3） 实际上不可能完全做到=，=，但只要把值做得很小，(3-10-2)式右边的第二项便为二阶无限小量，此时就可以认为(3-10-3)式成立。 ⒊ 电桥的灵敏度 (3-10-1)式和(3-10-3)式是在电桥平衡条件下推导出来的，在实验中测试者是依据检流计的指针有无偏转来判断电桥是否平衡的。然而，检流计的灵敏度是有限的。例如，选用电流灵敏度为1格/1微安的检流计做为指零仪，当通过检流计的电流小于10-7安培时，指针偏转不到0.1格，观察者难于觉察，就认为电桥已达平衡，因而带来测量误差。对此引入电桥灵敏度的概念。它定义为 (3-10-4) 是在电桥平衡后的微小增减量，实际上是桥臂的增减量；是相应的检流计偏转格数。电桥灵敏度的单位是“格”。越大在基础上增减能引起的检流计偏转格数就越多。电桥越灵敏，测量误差减小。如=100格表示当改变1%时检流计有1格的偏转。 电桥灵敏度的大小是与工作电压有关的。在实验中，为使电桥灵敏度足够，电源电压不能过低，当然也不能过高，否则可能损坏电桥。 【实验内容】 ⒈ 用两端式单臂电桥测电阻（102～106） ⑴ 利用万用表欧姆档粗测被测电阻的阻值 ⑵ 按图3-10-3连接线路 图 3-10-3 两端式单臂电桥测电阻接线图 ① 将检流计接到“检流计”端钮（检流计的使用参见实验十二）。 ② 稳压电源接到“电源（两）”端钮。 ③ 被测电阻接到“未知电阻（两）”端钮，“标准电阻（四）”端钮用短路片连接。 ⑶ 连线后检查四个按钮开关，将其松开。经教师检查后方可打开稳压电源及灵敏电流计的电源开关。 ⑷ 根据被测电阻的估计值从表3-10-1中选择、及电源电压值。用1、2两个旋钮调、为所选之值，调稳压电源输出为所选值。先根据估算出的估计值，将测量盘放置该值。 表 3-10-1 () 桥臂电阻() 电源电压 （V） ≤ R1 R2 102 103 102 102 1.5 103 104 103 102 3 104 105 104 102 6 105 106 104 10 6 ⑸ 首先将“电源（两）”