用单臂电桥测量中值电阻.pptx

会计学1用单臂电桥测量中值电阻用单臂电桥测量中值电阻实验目的实验目的实验目的实验目的n n1 1、掌握惠斯通电桥测电阻的原理和方法。、掌握惠斯通电桥测电阻的原理和方法。2 2、学会用交换法减小和消除系统误差。、学会用交换法减小和消除系统误差。n n3 3、了解提高电桥灵敏度的几种途径。、了解提高电桥灵敏度的几种途径。实验原理实验原理实验原理实验原理电桥法测量是一种很重要的测量技术。由于电桥法线路原理简明，仪器结构简单，操作方便，测量的灵敏度和精确度较高等优点，使它广泛应用于电磁测量，也广泛应用于非电量测量。电桥可以测量电阻、电容、电感、频率、压力、温度等许多物理量。同时，在现代自动控制及仪器仪表中，常利用电桥的这些特点进行设计、调试和控制。电桥分为直流电桥和交流电桥两大类。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，主要用于精确测量中值电阻。双臂电桥又称为开尔文电桥，主要用于精确测量低值电阻。本次实验主要是学习应用惠斯通电桥测电阻。第1页/共9页n n1 1 惠斯通电桥的线路原理惠斯通电桥的线路原理 惠斯通电桥的线路原理如图所示。四个电阻惠斯通电桥的线路原理如图所示。四个电阻R1R1，R2R2，RxRx和和RSRS联成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂，联成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂，其中：其中：R1R1，R2R2组成比例臂，组成比例臂，RxRx为待测臂，为待测臂，RSRS为比较臂，为比较臂，四边形的一条对角线四边形的一条对角线ACAC中接电源中接电源E E，另一条对角线，另一条对角线BDBD中中接检流计接检流计GG。所谓。所谓“桥桥”就是指接有检流计的就是指接有检流计的BDBD这条对这条对角线，检流计用来判断角线，检流计用来判断B B，DD两点电位是否相等，或者说两点电位是否相等，或者说判断判断“桥桥”上有无电流通过。上有无电流通过。电桥没调平衡时，电桥没调平衡时，“桥桥”上有电流通过检流计，当适上有电流通过检流计，当适当调节各臂电阻，可使当调节各臂电阻，可使“桥桥”上无电流，即上无电流，即B B，DD两点电两点电位相等，电桥达到了平衡。此时的等效电路如图所示。位相等，电桥达到了平衡。此时的等效电路如图所示。第2页/共9页平衡条件第3页/共9页 由电桥的平衡条件可以看出，式中除被测电阻Rx外，其它几个量也都是电阻器。因此，电桥法测电阻的特点是将被测电阻与已知电阻(标准电阻)进行比较而获得被测值的。因而测量的精度取决于标准电阻。一般来说，标准电阻的精度可以做的很高，因此，测量的精度可以达到很高。伏安法测电阻中测量的精度要依赖电流表和电压表，而电流表和电压表准确度等级不可能作的很高，因此，测量精度不可能很高。惠斯通电桥测电阻中，测量的精度不依赖电表，故其测量精度比伏安法的测量精度高。2电桥的灵敏度及影响因素电桥测量电阻，仅在电桥平衡时才成立的，而电桥的平衡是依据检流计的偏转来判断的，由于判断时受到眼睛分辨能力的限制而存在差异，会给测量结果带来误差，影响测量的准确性。这个影响的大小取决于电桥的灵敏度。所谓电桥灵敏度，就是在已经平衡的电桥里，当调节比较臂的电阻RS，使改变一个微小量RS，使检流计指针离开平衡位置d格，则定义电桥灵敏度S为 第4页/共9页式中：式中：RSRS是电桥平衡时比较臂的电阻值，是电桥平衡时比较臂的电阻值，RSRSRSRS是比较臂的相对改变量。因此，电桥灵敏度是比较臂的相对改变量。因此，电桥灵敏度S S表示电桥平表示电桥平衡时，比较臂衡时，比较臂RSRS改变一个相对值时，检流计指针偏转的改变一个相对值时，检流计指针偏转的格数。格数。S S的单位是的单位是“格格”。例如，。例如，S=100S=100格格=1=1格格(1(1100)100)，则电桥平衡后，只要，则电桥平衡后，只要RSRS改变改变1 1，检流计就会有，检流计就会有1 1格的格的偏转。一般讲，检流计指针偏转偏转。一般讲，检流计指针偏转1 11010格时，就可以被觉格时，就可以被觉察，也就是说，此灵敏度的电桥，在它平衡后，察，也就是说，此灵敏度的电桥，在它平衡后，RSRS只要只要改变改变0.10.1，我们就能够觉察出来，这样由于电桥灵敏度，我们就能够觉察出来，这样由于电桥灵敏度的限制所导致的误差不会大于的限制所导致的误差不会大于0.10.1。这也正是我们研究。这也正是我们研究电桥灵敏度的目的。电桥灵敏度的目的。第5页/共9页3 3实验装置实验装置 （）箱式电桥：其面板和电路结构见图。（）箱式电桥：其面板和电路结构见图。（1）待测电阻Rx接线柱；（2）检流计按钮开关G：按下时检流计接通电路，松开(弹起)时检流计断开电路；（3）电源按钮开关B：按下时电桥接通电路，松开(弹起)时断开电路；（4）检流计；（5）检流计调零旋钮；（6）外接检流计接线柱；（7）外接电源接线柱；（8）比例臂（9）比较臂（提供比例）。第6页/共9页n n说明说明：(a)(a)图图3 3中电桥左下角的三个接线柱用来使检流计处于工作或短路状中电桥左下角的三个接线柱用来使检流计处于工作或短路状态的转换，有一个短路用的金属片，当检流计工作时，金属片应接态的转换，有一个短路用的金属片，当检流计工作时，金属片应接在中、下两个（在中、下两个（“外接外接”）接线柱上，使电路能够连通；当测量完）接线柱上，使电路能够连通；当测量完毕时，金属片应接在上、中两（毕时，金属片应接在上、中两（“内接内接”）接线柱上，检流计被短）接线柱上，检流计被短路保护。路保护。(b)(b)电桥背后的盒子里装有三节电桥背后的盒子里装有三节1 1号干电池，约号干电池，约4.54.5伏。当某个实验测伏。当某个实验测量所需要的电源，比内接电源大或者小，就用外接电源，接在外接量所需要的电源，比内接电源大或者小，就用外接电源，接在外接电源接线柱电源接线柱(7)(7)上。上。(同时要取出内装干电池同时要取出内装干电池)。(c)(c)比例臂比例臂(8)(8)由由R1R1和和R2R2两个臂组成，两个臂组成，R1/R2R1/R2之比值直接刻在转盘上；之比值直接刻在转盘上；当该臂旋钮旋在不同的位置时，当该臂旋钮旋在不同的位置时，R1R1、R2R2各有不同的电阻值，组成七各有不同的电阻值，组成七档不同的比值档不同的比值 K(0.001K(0.001，0.010.01，0.10.1，1 1，1010，100100，1000)1000)。(d)(d)比较臂比较臂(9)(9)由四个不同的电阻档由四个不同的电阻档(1(1，1010，100100，1000)1000)所组成。所组成。（e e）在测量时，要同时按下按钮）在测量时，要同时按下按钮GG、B B，要注意，先按，要注意，先按GG，后按，后按B B。第7页/共9页n n实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤 1 1 清点主要仪器：清点主要仪器：2 2 按图测量电路安置仪器，连接电路按图测量电路安置仪器，连接电路 3 3 利用自搭电桥测量电阻三次并测量电桥的灵敏度利用自搭电桥测量电阻三次并测量电桥的灵敏度 4 4 利用交换法测三次电阻，计算平均值；利用交换法测三次电阻，计算平均值；5 5 利用箱式电桥测量一批同规格电阻产品的阻值，并计利用箱式电桥测量一批同规格电阻产品的阻值，并计算测量不确定度。算测量不确定度。第8页/共9页