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时间:2020-10-30
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1、实验四用单双臂电桥测电阻预习重点1.电桥的平衡条件和灵敏度。2.电桥测电阻时怎样消除系统误差和实现最佳测量条件。3.箱式电桥的使用方法。实验目的1.学习和掌握单双臂电桥测电阻的原理和方法。2.分析并观察电桥线路可能出现的故障。3.用箱式电桥测电阻。实验原理一、单臂电桥1.电桥的结构和平衡条件电阻是一切电学元件的重要参数之一,因此测电阻就成为一种最基本的电学测量。测电阻的方法很多,本实验用单臂电桥测电阻,这种方法测量简便而且准确度高。单臂电桥的原理电路如图2.4.1,电阻Rx、R、R和R连成一个四边形,每一边称为电桥的一个桥臂。以四边形对角顶点A、B作为输入端,
2、与电源E相连;另两顶点C、D作为输出端,与检流计相连。检流计用来比较两输出端的电位,检验有无电流输出。支路A-E-B和C-G-D称电桥的两个桥路。电桥的平衡条件:设Rx是待测电阻,其他三个是已知电阻,且可调其阻值。只调R,或调R和R的比值,就可使C、D两点电位相等,电桥无输出,通过检流计的电流I为零(指针不偏转),这种状态称为电桥平衡。此时,通过R和R的电流相同,设为I,通过R和Rx的电流也相同,设为I,四个桥臂上的电压有如下关系:U=U,U=U即IRx=IR,IR=IR两式相除,得平衡条件:、或RxR=RR(2.4.1)即任一相对两个桥臂上电阻的乘积等于另外
3、两个相对桥臂上电阻的乘积。由平衡条件得待测电阻:Rx=(2.4.2)式中R和R称为比例臂,R称为比较臂。图2.4.1单臂电桥原理电路图根据(2.4.2)式,测Rx时有两种调平衡的方法:一种是选一比例臂的比率(倍率)R/R,调比较臂电阻R;另一种是选定比较臂电阻R,调比例臂电阻之比R/R,当R/R=1时,Rx=R,电桥就好似一架等臂天平,Rx与R分别相当于待测质量和砝码。R/R≠1的情况,则如一个杆秤。2.电桥的灵敏度电桥平衡后,若改变任一桥臂电阻,必然会破坏平衡,使检流计指针发生偏转。设电桥平衡后,将某一桥臂R改变一小量△R,引起检流计偏转为△n,则定义电桥灵
4、敏度为(2.4.3)一、箱式电桥本电桥为单臂双臂两用电桥,通过开关转换,可以方便地用单臂电桥方式测量1—10Ω的电阻;用双臂电桥方式测量10—10Ω的电阻。单臂电桥的原理前面已经作了描述,不再做介绍。单臂电桥测中值电阻是较精确的仪器,然而测10Ω以下低阻时由于与待测电阻有导线连接,这样导线电阻、接触电阻的影响相对较大,已与待测电阻相比不能忽略。要消除这两方面的影响就需要改进电路设计,由此从单臂电桥的基础上发展成为双臂电桥。如图2.4.2所示,电路中Rx为待测低电阻,Rs为比较用的标准电阻。、、、组成电桥双臂电阻,且阻值较大(10—Ω)。设桥路中、、、处的导线电
5、阻、接触电阻分别为、、、,它们作为附加电阻加入、、、桥臂电阻中,则R1~4>>r1~4(约10-2—10-5Ω),且r/R很小,其影响可忽略不计。至于C1、C2、D1、D2处的导线电阻和接触电阻(总称附加电阻)在电桥的外路上,与电桥平衡无关。设r为C2D2间附加电阻的总和,且C2和D2间用短而粗的导线连接。实验表明,只要适当调节、、、和Rs的阻值,就可以消除r对测量结果的影响。图2.4.2双臂电桥电路原理图双臂电桥中,电阻Rx和比较用的标准电阻Rs都有四个接线端,如图2.4.3,即电流接头和电压接头分开,从而可以把各部分的导线电阻和接触电阻分别引入检流计回路或
6、电源回路中,使它们或者与电桥平衡无关,或者被引入大电阻的支路中,目的是大大减小导线电阻和接触电阻的影响,这类接线方式的电阻称四端电阻。由于流经C、C的电流较大,C、C常称“电流端”,流经P、P的电流较小,P、P常称“电压端”。图2.4.3电阻器四端接法示意图实验内容一、用单臂电桥测未知电阻1.由3个电阻箱与1个待测电阻按图2.4.1接线组成单臂电桥,把1#待测电阻Rx接到桥臂的左端,打开开关,把保护电阻滑线变阻器Rs取为最大。取比例臂电阻R1/R2=1,要求R1>100Ω,然后合上开关,调节R的阻值使检流计指示为零,由于保护电阻Rs为最大,此时电桥的灵敏度较低
7、,电桥可能并未实现平衡,需要减小保护电阻Rs以提高电桥的灵敏度,再看检流计是否指示为零,不是则需要调节R使检流计指示为零。最后要把保护电阻Rs取为零(即电桥灵敏度最高),再调节R的阻值使检流计指示为零,如果单调节R不能使检流计恰好指零,则需要调节R1或R2使检流计指示为零。在此条件下测电桥的灵敏度,给R一个较小的改变量△R,由于电桥失去平衡,检流计指示不为零,记录指针的最大偏转格数。为了提高测量的准确度,把待测电阻Rx换接到桥臂的右端,再按照步骤2测量1次。2.用单臂电桥测电阻2#电源线连到市电上,打开后板上开关,预热10分钟后,灵敏度调至最小,调零使表头指针
8、指零。S开关打向“单”位置,用导线将被
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