用惠斯通电桥测电阻_2.docVIP

PAGE 4 PAGE 5 “用惠斯通电桥测电阻”教案 【实验目的】 1．掌握惠斯通电桥测电阻的原理和方法； 2．了解箱式电桥测电阻的方法； 3．了解惠斯通电桥的应用。 【实验原理】 图1 1. 电桥简介 如图1，由、、、四个电阻连成一个四边形，组成的电路称为电桥，每一边称做电桥的一个臂，BD称为“桥”。 根据所使用的电源，电桥可分为直流电桥和交流电桥，而直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥。单臂电桥又称为惠斯通电桥，双臂电桥又称为开尔文电桥。惠斯通电桥可以用于中值电阻（1～）的精确测量，开尔文电桥可以用于低值电阻（～1）的精确测量。交流电桥除了测量电阻外，还可测量电容、电感等电学量。通过传感器，利用电桥电路还可以测量一些非电学量。 由于电桥具有灵敏度和准确度高、结构简单、使用方便等特点，所以电桥法是电磁学实验中最重要的测量方法之一，在测量技术中有着广泛的应用。 2. 利用直流单臂电桥测电阻的原理 用三个可调的标准电阻箱、、和待测电阻组成电桥，桥间连接一个检流计G，如图1。接通电源和检流计开关时，流过、、、、的电流分别是、、、、。适当调解、、的电阻值，使通过检流计的电流为零，此时桥两端的B点和D点电位相等，称电桥达到平衡。 当电桥平衡时，由欧姆定律可得 （1） （2） 由于，所以有 、。 将式（1）与（2）得 （3） 即 （4） 式中，叫做倍率或比例系数。式（3）和（4）称为电桥的平衡条件。电桥调节平衡后，通过三个标准电阻箱的阻值可以计算出待测电阻的阻值。 调节电桥平衡的一般方法是先调节R1/ R2的比值为某一合适的值，如1：1，保持R1/ R2不变，再调节电阻R0。 【实验仪器】 直流稳压电源、电阻箱(ZX21型，0.1级3只)、检流计G（AC5/1型或其它型）、待测电阻（2个）、滑线变阻器、开关（2个）、箱式电桥（QJ23型，0.1级）、导线若干。 【实验内容】 1. 敞式电桥 （1）熟悉仪器，调整仪器： 检流计：调准检流计的零点，选取较大的检流计的量程（调整方法见附录一）； 直流稳压电源 输出电压调为5伏。 （2）按图2接好电路。注意将保护检流计的滑线电阻器阻值调到最大（检流计允许通过的电流在10-4A以下）。 图2 （3）调节电桥平衡。调节、（几千欧左右），选取倍率，接通。先取值大时，瞬间接触检流计开关，观看指针偏转方向；再取小时，再瞬间接触检流计开关，观看指针偏转方向，掌握值大或小时指针偏转规律，按照这个规律调节使检流计（G）的指针指零，每次调节时，都要瞬间接触，如果指针跑出格外，要立即断开。逐渐减小和检流计的量程，调节电阻箱值，始终保持检流计指针指零，直至减小到零、检流计的量程为合适值时，检流计指针仍指零点。记下此时的、、值，填入表1中。 表1 电阻单位： （4）将换上另一个待测电阻，重复前面的测量过程。 （5）测和两电阻的串联值。 （6）测和两电阻的并联值。 （7）根据（4）式计算待测电阻、，以及和的串并联值和 （8）估算各电阻值的不确定度，写出测量结果的完整表达式。 （9）关闭电源，整理仪器。 2．箱式电桥测电阻（选做） 仪器各部分名称介绍： 图3图3中，1为检流计、2为外接检流计接线端钮、3为内、外接检流计转换开关、4为测量盘、5为电源按钮（B）、6为检流计按钮（G）、7为被测电阻接线柱、8为内、外电源转换开关、9为外接电源接线柱、10为量程倍率开关、11为检流计零位调整器、12为灵敏度调节旋钮。 图3 操作方法： （1）根据情况将项3（内、外接检流计转换开关）和项8（内、外接电源转换开关）扳向“内接”或“外接”。 （2）将被测电阻接入项7（被测电阻接线柱）处。 （3）根据敞式电桥测量的阻值，要求测量盘的四个旋柄全都用上，正确的选取量程倍率旋钮的位置。按不同倍率档位要求，外接相应的直流电压（或将一节9V层叠电池和两节1号电池按“+”、“-”极性装入电池盒）。不同倍率要求的电源电压见表2。 表2 量程倍率 有效量程 准确度等级 电源电压 内附检流计 外接检流计 ×0.001 1～11.11Ω 0.5 0.5 4.5V ×0.01 10～111.1Ω 0.2 0.2 ×0.1 100～1111Ω 0.1 0.1 ×1 1～5kΩ 0.1 5～11.11kΩ 0.2 ×10 10～50kΩ 0.1 9V 50～111.1kΩ 1 ×100 100～500kΩ 2 0.2 15V 500～1111kΩ 5 ×1000 1～11.11MΩ 20 0.5 （4）