实验十八 电桥法测电阻.doc

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1、实验十八电桥法测电阻电桥是一种用电位比较法进行测量的仪器，被广泛用来精确测量许多电学量和非电量。在自动控制测量中也是常用的仪器之一。电桥按其用途可分为平衡电桥和非平衡电桥；按其使用的电源又可分为直流电桥和交流电桥;按其结构可分为单臂电桥和双臂电桥。本实验介绍的是直流电桥测量电阻。电阻按阻值的大小大致可分为三类：待测电阻值在１ＭΩ以上的为高阻；在1Ω至1MΩ之间时称为中值电阻，可用单臂（惠斯登）电桥测；阻值在1Ω以下的为低值电阻，则必须使用双臂电桥（又称开尔文电桥）来进行测量。一实验目的（1）掌握直流电桥测电阻的原理和方法。（2）学习并掌握双臂电

2、桥测低值电阻的方法。二实验原理用伏安法测电阻时，由于电表精度的制约和电表内阻的影响，测量结果准确度较低。于是人们设计了电桥，它是通过平衡比较的测量方法，而表征电桥是否平衡，用的是检流计示零法。只要检流计的灵敏度足够高，其示零误差即可忽略。图1单臂电桥原理图AR1BCDR2R3EKGRN用电桥测电阻的误差主要来自于比较，而比较是在待测电阻和标准电阻间进行的，标准电阻越准确，电桥法测电阻的精度就越高。1．单臂（惠斯登）电桥的工作原理单臂电桥线路如图1所示，被测电阻RX(即图中R3)与三个已知电阻R1、R2、RN、连成电桥的四个臂。四边形的一个对角线

3、接有检流计，称为“桥”，另一个对角线上接电源E，称为电桥的电源对角线。电源接通，电桥线路中各支路均有电流通过。当B、D两点之间的电位相等时，“桥”路中的电流，检流计指针指零，这时电桥处于平衡状态。此时于是9831图2QJ-23型电桥面板图根据电桥的平衡条件，若已知其中三个臂的电阻，就可以计算出另一个桥臂的电阻，因此，电桥测电阻的计算式为：　（1）电阻为电桥的比率臂，称为倍率k，为比较臂。以QJ-23型箱式电桥为例，它构造精细，测量范围大(1～),精确度高(在10～范围内精确度为)，QJ-23型惠斯登电桥面板外形如图2：1-待测电阻接线柱；2-检

4、流计按钮开关G；3-电源按钮开关B；4-检流计；5-检流计调零旋钮；6-左侧3个接线柱是检流计连接端，当连接片接通“外接”时，内附检流计被接入桥路，当连接片连通“内接”时，检流计被短路；7-外接电源接线柱，箱内为3节2号干电池，约4.5V，使用时应注意外接电源接线柱是否应短路；8-比率臂，即上述电桥电路中的比值，直接刻在转盘上；9-比较臂，即上述电桥电路中电阻箱(本处为四个转盘)。2．双臂电桥测低值电阻的原理用图1所示的单臂电桥测电阻时,其中比例臂电阻R1、R3可用较高的电阻,因此,与R1、R3相连的导线电阻和接触电阻可以忽略不计。如果待测电阻

5、是低值电阻，也应该用低值电阻。因此与、相连的四根导线和几个接点电阻对测量结果的影响就不能忽略。为减少它们的影响，在单臂电桥中作了两处明显的改进，就发展成双臂电桥。图3四端接法（1）被测电阻和标准电阻均采用四端接法。四端接法示意图见图3，图中、是电流端，通常接电源回路，从而将这两端的引线电阻和接触电阻折合到电源回路的其它串联电阻中；、是电压端，通常接测量电压用的高电阻回路或电流为零的补偿回路，从而使这两端的引线电阻和接触电阻对测量的影响大为减少。采用这种接法的电阻称为四端电阻。（2）把低电阻的四端接法用于电桥电路。如图3所示。其中增设了电阻、，构

6、成另一臂，其阻值较高。这样，电阻和的电压端附加电阻由于和高阻值桥臂串联，其影响就大大减少了；两个靠外侧的电流端附加电阻串联在电源回路中，对电桥没有影响；两个内侧的电流端的附加电阻和连线电阻总和为，只要适当调节、、、的阻值，就可以消除(对测量结果的影响。调节、、、，使流过检流计G的电流为零，电桥达到平衡，于是得到以下三个回路方程：图4双臂电桥原理图G3I1I1R2R4I2I2P2P＇2P＇1P1rRxC1C2C2＇C1＇I3-I2I3I3RNER1R上式中各量见图4所示，上列方程可得(2)从（2）式可以看出，双臂电桥的平衡条件与单臂电桥平衡条件（

7、29-1）式的差别在于多出了第二项，如果满足以下辅助条件，(29-3)则公式（29-2）中第二项为零，于是得到双臂电桥的平衡条件为(29-4)可见，根据电桥平衡原理测电阻时，双臂电桥与单臂电桥具有完全相同的表达式。为了保证，在电桥使用过程中始终成立，通常将电桥做成一种特殊结构，即、采用同轴调节的十进制六位电阻箱。其中每位的调节转盘下都有两组相同的十进电阻，因此无论各个转盘位置如何，都能保持和相等。和采用依次能改变一个数量级的四档电阻箱（10Ω、102Ω、103Ω、104Ω），只要调节到,则（29-3）式要求的条件得到满足。在这里必须指出，在实际

8、的双臂电桥中，很难做到与完全相等，所以电阻越小越好，因此和C'2间必须用短粗导线连接。3．QJ-36型单、双臂电桥本实验使用的QJ-36型电桥的实际电