南邮物理实验惠斯通电桥.doc

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1、实验四惠斯通电桥测电阻2电桥种类较多，用途各异。按其工作状态，可分为平衡电桥和非平衡电桥；按其工作电源可分为交流电桥和直流电桥两大类。直流电桥又有单臂电桥和双臂电桥之分，即常说的惠斯通电桥和开尔文电桥。惠斯通电桥适用于测量中等大小阻值的电阻，测量范围为10~106W。1.实验目的：（1）了解惠斯通电桥的结构和测量原理。（2）掌握用自搭惠斯通电桥测量电阻。（3）学习电桥测电阻的不确定度计算方法。2.实验仪器：直流稳压电源，检流计，滑线变阻器，电阻箱（三个），保护电阻（附短路开关），待测电阻，导线3．实验原理(1

2、)惠斯通电桥的线路原理图5-1为惠斯通电桥的原理图，待测电阻Rx和R1、R2、R0四个电阻构成电桥的四个“臂”，检流计G连通的CD称为“桥”。当AB端加上直流电源时，桥上的检流计用来检测其间有无电流及比较“桥”两端（即CD端）的电位大小。图5-1惠斯通电桥原理图调节R1、R2和R0，可使CD两点的电位相等，检流计G指针指零（即Ig=0），此时，电桥达到平衡。电桥平衡时，UAC=UAD，UBC=UBD，即I1R1=I2R2，IxRx=I0R0。因为G中无电流，所以，I1=Ix,，I2=I0,。上列两式相除，得：

3、（5-1）则Rx==CR0（5-2）式（5-2）即为电桥平衡条件。显然，惠斯通电桥测电阻的原理，就是采用电压比较法。由于电桥平衡须由检流计示零表示，故电桥测量方法又称为零示法。当电桥平衡时，已知三个桥臂电阻，就可以求得另一桥臂得待测电阻值。通常称R0为比较臂，R1/R2（即C）为比率（或倍率），Rx-81-为电桥未知臂。在测量时，要先知道Rx得估测值，根据Rx的大小，选择合适的比率系数，把R0调在预先估计的数值上，再细调R0使电桥平衡。利用惠斯通电桥测电阻，从根本上消除了采用伏安法测电阻时由于电表内阻接入而带

4、来的系统误差，因而准确度也就提高了。(2)电桥的灵敏度公式（5-2）是在电桥平衡的条件下推导出的，而电桥是否平衡，实验时是看检流计有无偏转来判断的。我们实验时所使用的检流计指针偏转1格所对应的电流大约为10-6安，当通过它的电流小于10-7安时，指针的偏转小于0.1格，我们就很难察觉出来。假设在电桥平衡后，把R0改变一个量ΔR0，电桥就应失去平衡，从而有电流Ig流过检流计,但如果Ig小到使检流计的偏转我们觉察不出来，我们认为电桥还是平衡的，因而得出Rx=,但实际上Rx=，ΔRx就是由于检流计灵敏度不够而带来的

5、测量误差,ΔRx=。对此，我们引入电桥灵敏度S的概念，它定义为：S=式中是由于电桥偏离平衡而引起的检流计的偏转格数。S越大，说明电桥越灵敏，误差也就越小。实际测量中可采取在电桥平衡后，改变比较臂为ΔR0*，使检流计偏离零点为5小格，则ΔR0=ΔR0*，最后求得由电桥灵敏度引入的测量误差为：ΔR‘x=CΔR0=××ΔR0*如果由于检流计灵敏度不够，或通过它的电流太微弱而无法觉察出来，这时如果把电源电压增高，便相应也增大了微弱电流，从而使检流计指针发生较大的偏转。因此，检流计的灵敏度和电源电压的高低都对电桥灵敏度

6、有影响。S=式是对特定的电桥、检流计和电源电压而言的。4．实验内容与步骤（1）用自搭电桥测电阻-81-1.用万用表估测未知电阻的Rx的值。2.按图5-2接好电路，取E=5V。3.打开,合上K,先进行“粗调”，按下检流计的电计开关，观察检流计指针有无偏转，逐步改变R0，直到检流计无偏转，则“粗调”平衡。图5-2用自搭电桥测电阻4.合上，再进行“细调”，逐步微调R0直到检流计无偏转，则“细调”平衡，记下此时的R0值。重复测量四次。5.细调”平衡后，改变R0，使检流计偏离平衡点5小格，记下R0的改变值ΔR0*。6.

7、另一待测电阻，重复上述过程。注意：（1）实验过程中为了保护检流计，应特别注意“先粗调（打开Kn开关），后细调（合上Kn开关）”。（2）测电桥灵敏度时，应在Kn开关合上的情况下使检流计偏离平衡点5小格。（2）用箱式电桥测电阻1.将待测电阻接Rx至待测电阻接线端的两端，RVM拨钮扳向R，调节检流计调零旋钮使指针为零。2.根据待测电阻的估测值选取适当的倍律C（务必保证测量值有4位有效数字），依次按下G的0.01、0.1和1这3个按键，逐步进行粗、中、细调，改变R0的值使检流计指针指零，记下细挑平衡后R0的值。由Rx

8、=CΔR0，求得Rx，将数据记录在表5-6中。3.在电桥平衡后，使R0的值改变为ΔR0*，检流计指针偏离平衡点5小格，由（5-10）式求出ΔR0’。将数据记录在表5-7中。-81-4.换上另一个待测电阻，重复以上的过程。5．实验数据纪录及处理1．用自搭电桥测电阻电阻箱：型号ZX21总电阻9999.9Ω准确度等级0.1检流计：型号AZ19(1)测电阻R1=100ΩR2=1000ΩRx1(估测值)=3