用电桥测电阻实验补充内容

实验三实验三 电阻的测量电阻的测量 实验目的 1 掌握用万用表测量电阻的方法 2 理解并掌握用电桥法测定电阻的原理和方法 3 理解并掌握用全偏法和替代法测量表头内阻 的原理和方法 实验原理 1 电桥的工作原理 单臂电桥 又称惠斯登电桥 的基本电路如 图1所示 它由4个桥臂和 桥 平衡指示器 一般为检流计 以及工作电源和开关等组成 适当选择 的值 调E 1 R 2 R 节标准电阻 使 两点的电位相等 使检流计指零 此时称电桥达到平衡 电桥 S RBD 平衡时有 S2 X1SSXX 2211 I II I RIR IRIRI 从而可得 即 这里 S X 2 1 R R R R SS 2 1 X RCR R R R 21 R RC 上式称电桥平衡条件 所以用直流电桥测量电阻 其实质就是在电桥平衡条件下 把 X R 待测电阻按已知比率关系直接与标准电阻进行比较 故电桥法可称 平衡比较 X R 21 R R 法 2 电桥比例臂结构设计 R1 R2由几个10n 单值电阻构成 根据测量要求 R1 R2可分别选择一个阻值相同或 不相同的单值电阻组成R1 R2的多组比值 称为阶梯结构 例FB715 型设计性实验装置中提供的单值电阻 元件盒式 见图2 图2 根据图1 如R1用一只1000 R2也用一只1000 就构成比例臂倍率k 1 如R1用一只1000 R2也用一只100 就构成比例臂倍率k 10 电桥的量程倍率组成 有效量程 推荐使用工作电压详见表1 表1 量程倍率组成 有效量程 推荐使用工作电压 量程倍率 K 1 R b R2 有效量程 等级指数 电源电压 V 10 210100010 111 123 10 11001000100 11110 23 1100010001k 11 11k0 26 10100010010k 111 1k0 56 102100010100k 1111k215 3 交换测量法 互易法 用交换和的测量法可消除因 引入的误差 为了消除上述原因造成的误 X R S R 1 R 2 R 差 可在保持比值不变的条件下 将和交换位置 调节为 使电桥 21 R R S R X R S R S R 重新平衡 则 上式表明使用交换法可消除由 引入的误差 SSX RRR 1 R 2 R X R 4 表头内阻的测量 图3磁电式仪表的结构原理 电表量程Ig是指电表指针从零点偏转到满标度时所通过的电流 此电流愈小 电表灵 敏度愈高 电表的内阻是指其转动线圈的电阻值 电表扩大量程或改装中 均需要知道表头的两个参量Ig和Rg Ig可在表头的表盘上获 知 而Rg需实测 测量仪表的内阻与测量一般电阻有所不同 要考虑被测表的安全问题 我们常用万用表欧姆档测电阻 但绝不能用它测量表头内阻 因为测表头内阻时回路电流 为 RRr V I 欧姆表中值电阻 欧姆表电源电压 5 1 表2各种表内阻的大致数量级 名称内阻 n值 安培表 毫安表 n 0 1 n 10 n为1 10 n是10以下 微安表 电压表 n 100 n 10 n是50以下 n是600以下 式中Rr若在R 1档约为20 上下 实验室常用电表的内阻大致数量级见表2 毫安表的内 阻约在几欧至几十欧之间 可见 上式的电流I远远大于被测表头的量程 所以 用万用表 测量表头内阻会很容易烧毁表头 测定表头内阻的方法有代替法 全偏法和电位差计等多 种方法 下面介绍代替法和全偏法 1 代替法 代替法不仅是计量工作的常用方法 也是精密测量和一般测量技术中常用的方法之一 使标准量在测量电路中代替被测量不致引起测量装置状态的改变 我们把被测量即为 标准量的测量方法称为代替法 采用这种方法 在测量时 须先对被测量进行测量 然后 用一已知标准量 通常是可调的标准器 代替被测量 并改变标准量的数值 使被测量仪 器恢复到原来状态 这样就可以肯定被测的未知量即等于已知的标准量的大小 由于在代替法的两次测量中 装置的状态 仪器的示值和外界引起的误差都相同 从 而消除了系统误差 当然 这里也要求仪器有较高的灵敏度 测量结果的误差仅决定于 标准器的误差 代替法测量表头内阻的电路如图4所示 图中的R为可调标准电阻箱 Rg为待测表头 A是指示仪表 图4代替法测量表头内阻电路 2 全偏法 全偏法测表头内阻的电路如图5所示 图中Rg为被测表头内阻 R1和R2均为可调标准 电阻箱 原理可自行分析 用代替法和全偏法测量表头内阻 都能消除测量仪器带来的误差 测量结果的准确度 主要决定于标准电阻箱等指示仪表的等级 但是 如果表头内阻比较小 如100 以下 测量准确度受接线电阻 接触电阻等因素的影响将会很大 所以上述两种方法只适宜测量 内阻较大的表头 图5全偏法测量表头内阻 实验步骤 1 万用表测量电阻 选择电阻档适当档位测量未知电阻 2 用自搭电桥测电阻 X R 按图1连线 比例臂采用阶梯结构形式 实验原理中的前一种 为六盘电阻 检 S R 流计 G 用指针在中间的表头 为待测电阻 电桥工作电源由JK X R 31A提供 将所用的实验元件盒插入九孔实验板 近距离连接可用短接桥 1 选择一只待测电阻 先用万用表初测被测电阻的大小 2 根据被测电阻的大小按表10 1选择比例臂电阻及工作电压 并在六盘电阻箱上预置相应的示值 3 在二只扭子开关未闭合前在 G 位置接入指针在中间的表头并接好工作电源 4 闭合开关 线路中接入工作电源及检流计 调节 六盘电阻箱盒 示值使电桥 S R 平衡 G 示值为0或最小 记录值 S R 5 将与交换 重复上述步骤 再次调节电桥平衡 记录值 S R X R S R 3 测量表头的内阻 代替法和全偏法选作一个 代替法 把开关 先拨到 调节 1 2使Rg指针满偏 同时记下 示值 然后把开关 拨到 调节 使 恢复原位 则有Rg 全偏法 先断开 接通 调节 使表头指针满偏 然后断开 调节 为原值之半 取 初始值为零 先接 再接通 调节 使表头指针为满刻度 则Rg 实验报告模板实验报告模板 三 实验原理三 实验原理 1 单臂电桥测量电阻的电路图及计算公式 2 简述使上图中和两点电位相等的操作方法 BD 3 代替法测量表头内阻的电路图 4 分析代替法测量表头内阻的优点 5 全偏法测量表头内阻的电路图 6 分析全偏法中电阻初始值应设为0的原因 2 R 四 实验内容及主要步骤四 实验内容及主要步骤 五 实验数据记录与处理五 实验数据记录与处理 1 1 万用表测电阻万用表测电阻 表1 表1 用万用表测电阻 单位 数字万用表档位 读数 x R表达式 x R 注 3 B 2 电桥测电阻电桥测电阻 表2 表2 用电桥测电阻 1 R 2 R G 示值 0 R 0 R 数值 x R表达式 x R 1 2 3 注 3 1 03 xB R 3 3 测量表头内阻测量表头内阻 g R 1 代替法 电源 限流电阻