探究惠斯通电桥灵敏度的影响因素

探究惠斯通电桥灵敏度的影响因素探究惠斯通电桥灵敏度的影响因素 实验者 同组实验者 指导教师 摘要 用惠斯通电桥测电阻时 其精度主要取决于电桥的灵敏度 电桥的灵敏度越大 S 由电桥灵敏度引入的误差越小 要提高测量电阻的精度 就应该从电桥灵敏度的影响因素 中入手 该实验基于此思想 通过调试改变试验中的各相关数据和仪器 探究影响电桥灵 敏度的几个具体因素 从而设法找出提高电桥灵敏度的方法 关键词 惠斯通电桥 灵敏度 因素 实验原理 惠斯通电桥的原理图如右图所示 其中 1 R 2 R 和组成了电桥的桥壁 当满足 3 R 4 R X R 时 电桥处于平衡 使调节有一微0 gDCBC IVV 3 R 小变化量 从而会引起检流计指针有一微小偏转 3 R n 通常定义电桥的绝对灵敏度为S 1 1 3 R n S 电桥的相对灵敏度为 2 2 33 RR n S 相 可以证明 改变任何一个桥壁 其所得的电桥灵敏度都相同 由检流计电流灵敏度的定义 很容易导出 3 3 GI ISn 其中 为检流计的电流灵敏度 为改变桥壁一个微小变化量时 检流计微 I S G I 3 R 3 R 小偏转格相对应的检流计支路的不平衡电流 再利用基尔霍夫定理解得n 4 4 324141323241 31 RRRRRRRRRRRRR ERR I G G 将 4 式带入 2 式 可得 5 5 1 1 k 3 2 1 4 4321 R R R R RRRRR E S g 由 2 式可知 如果检流计的最小可辨偏转量为 一般认为格 则由电桥n 0 2n 灵敏度引入的被测电阻值的相对不确定度为 6 Rn RS 表明电桥的灵敏度越大 由电桥灵敏度引入的误差越小 S 调试方案设计 1 仪器用品 直流稳压电源 1 个 检流计 1 个 滑动变阻器 1 个 万用表 1 个 电阻箱 5 个 电键 1 个 连接线若干 2 调试方法步骤 2 1 按原理图连接电路 先使 设置桥臂比为 电源电压在之间50 G R 1 13 5V 取值 滑动变阻器取最大值 正确使用仪器 改变电源电动势 观察改变电源电动势 对实验数据的影响 将数据记录于表一中 E 2 2 在 2 1 的基础上 使电源电动势不变 对调电源与检流计所接的位置 观察比较对 调前后实验数据的变化 将数据记录于表二中 2 3 在 2 1 的基础上 使电源电动势不变 改变的大小 观察的大小对实验数据 G R G R 的影响 将数据记录于表三中 2 4 在 2 1 的基础上 使电源电动势不变 改变的大小 观察的大小对实验数 E R E R 据的影响 将数据记录于表四中 实验测量 1 探究电源电动势对电桥灵敏度的影响E 按调试方法 2 1 进行测量 测量数据记录如下 表一 测量条件 检流计电流常数 4 10 8A 格 桥臂比 1 1 电源电动势 V R1 R2 R3 R4 R3 n 格 5500500495 0495 0111 3500500495 1495 1121 由表一数据得 当电源电动势为时 5V 5 33 1 45 00 11 495 0 v n Sdiv RR 当电源电动势为时 3V 3 33 1 41 26 12 495 1 V n Sdiv RR 通过上表定量计算发现 电桥灵敏度与电源电动势成正比 电源电动势越高 53VV SS E 电桥的灵敏度就越高 但电源电压不宜取太高 一般在 否则 若过大 测小电3 5VE 阻时 有可能桥壁的分流电流超过电阻箱的允许电流而使电阻箱损坏 2 探究检流计和电源所接的位置关系对电桥灵敏度的影响 按调试方法 2 2 进行测量 测量数据记录如下 表二 测量条件 检流计电流常数 4 10 8A 格 桥臂比 1 1 电源电动势 5V R1 R2 R3 R4 R3 n 格 对调前500500495 0495 0111 对调后500500495 6495 6121 由表二数据得 对调前 33 1 45 00 11 495 0 n Sdiv RR 前 对调后 33 1 41 30 12 495 6 n Sdiv RR 后 通过上表定量计算发现 电桥的灵敏度与电源和检流计所接位置有关 且在SS 后前 可忽略不计的情况下 检流计接在两点相对接在 两点的电桥灵敏度高 G Rbdac 3 探究检流计内阻和之和对电桥灵敏度的影响 G R 通过改变来改变检流计内阻和之和 按调试方法 2 3 进行测量 测量数据记录如下 G R G R 表三 测量条件 检流计电流常数 4 10 9A 格 桥臂比 1 1 电源电动势 5V RG R1 R2 R3 R4 R3 n 格 010001000998 1998 120 1 1000010001000998 1998 140 1 2000010001000998 1998 150 1 由表三数据得 当时 0 G R 0 33 0 1 49 91 2 998 1 G R n Sdiv RR 当时 10000 G R 10000 33 0 1 24 95 4 998 1 G R n Sdiv RR 当时 20000 G R 20000 33 0 1 19 96 5 998 1 G R n Sdiv RR 通过上表定量计算发现 电桥的灵敏度与检流计的内阻和 01000020000 GGG RRR SSS 之和成反比 越小 电桥灵敏度越高 反之则低 G R G RS 4 探究电源内阻 和串联限流电阻之和对电桥灵敏度的影响 E r E R 通过改变来改变电源内阻 和串联限流电阻之和 按调试方法 2 4 进行测量 测量 E R E r E R 数据记录如下 表四 测量条件 检流计电流常数 4 10 8A 格 桥臂比 1 1 电源电动势 5V RE R1 R2 R3 R4 R3 n 格 2510001000998 2998 210 1 5010001000998 2998 220 1 7510001000998 2998 230 1 由表四数据得 当时 25 E R 25 33 0 1 99 82 1 998 2 E R n Sdiv RR 当时 50 E R 50 33 0 1 49 91 2 998 2 E R n Sdiv RR 当时 75 E R 75 33 0 1 33 27 3 998 2 E R n Sdiv RR 通过上表定量计算发现 电桥的灵敏度与电源的内阻 和串 255075 EEE RRR SSS E r 联限流电阻之和成反比 增加可以降低电桥的灵敏度 反之则增强 E R E R 实验结论 由实验数据表明 电源电动势 检流计和电源所接的位置 检流计的内阻和之和 E G R 电源的内阻 和串联限流电阻之和 都会影响电桥的灵敏度 在误差允许的范围内 E r E R 用惠斯通电桥测电阻时 要想提高电桥的灵敏度 可以通过调试改变实验中的上述变量 S 从而减少由电桥灵敏度引入的误差 参考文献 1 主编