用惠斯登电桥测电阻.doc

广西师范大学 实验论文课题名称：用惠斯登电桥测电阻专业及班级：电子信息工程一班学号：201112701040姓名：覃加诚指导老师：钟仲声 电子工程学院 2011年12月30日惠斯登电桥实验论文摘要：本文通过惠斯登电桥实验，较精确地测量出待测电阻的阻值。并提出了惠斯登电桥灵敏度计算方面的两个问题，给出了相应的解决办法。引言：惠斯登电桥实验是电学实验中一个重要而典型的基本实验 用自组电桥测电阻及灵敏度是该实验的一个重要内容，它既利于掌握原理，又兼有接线技巧训练。关键词：惠斯登电桥检流计指针偏转灵敏度正文：提出问题：用何种发放能较为精确测量电阻？分析问题：由于伏安法测电阻精度不很高，应采用能精确测量电阻的仪器进行测量。解决问题：采用惠斯登电桥进行电阻测量。实验仪器：万用电表、滑动变阻器、电阻箱3个、检流计、直流电源、待测电阻、开关和导线等。实验原理：1.惠斯登电桥原理：惠斯登电桥可用于精确测量中等阻值（几十欧至几十万欧）的电阻。实验电路图：SE、E、RE串联构成主干支路，Rx、R4串联构成桥臂支路，R2、R3串联构成另一桥臂支路。在CD间用检流计作为桥梁，桥中电流由检流计检测。当 IG =0 ,则电桥达到平衡态，因为CD两点电位相等，故UAC=UAD，UCB=UDB，根据欧姆定律有：I1Rx=I4R4，I2R2=I3R3因为 I1=I2，I3=I4所以有 Rx*R3=R2*R4其中，Rx为测量臂，R2、 R3称做比例臂，R4称做比较臂。2.电桥灵敏度：定义:电桥平衡时，若一臂的阻值为R，改变以微小量R后，引起检流计偏转n格，则电桥相对灵敏度S为 实际上，待测电阻Rx一般不能改变，所以只能改变比较臂的阻值，以 R4/R4代替Rx/Rx，于是 S=n*R4/R4理论与实验都已证明，电桥的灵敏度与下面几个因素有关：（1）与检流计的灵敏度 S成正比，S值大的电桥灵敏度高，但如果S太大则电桥不易稳定，平衡调节比较困难，应选用适当灵敏度的检流计。（2）与检流计的内阻以及串接的限流电阻有关，两者越小电桥的灵敏度越高，反之则低。（3）与电源电动势 E成正比（4）与检流计和电源所接的位置以及电源极向等有关。（5）与桥臂电阻有关，桥臂电阻大则灵敏度低。3.测量不确定度：用电桥测量电阻时，测量不确定主要来源于电阻箱的误差和电桥灵敏度带来的误差。电阻箱铭牌：100001000100101010.1%0.1%0.1%0.2%0.5%5%实验步骤：1、检查实验仪器是否齐全和完好，并用万用电表测出Rx的值；2、按照实验原理所示的图（惠斯登电桥实验电路图）连接好实验仪器，待指导教师检查无误后开始实验；3、开始实验，先把滑动变阻器短接，接着检查检流计是否指零，若不指零则对其调零；4、取Rx=R2=R3=R4，闭合开关 ,观察检流计的指针偏转情况，然后调节R4使检流计指针指零，记录下R4的值；6、进行换臂（R4与Rx交换），步骤同4，记录下R4的值；7、比较R4和R4 的值，并计算Rx的值和测量电桥的相对灵敏度；8、实验结束，整理仪器。实验数据：零点误差：0.2次数RE（）、RG（）R2（）R3（）R4（）100198.5198.5199.2换臂后00198.5198.5199.2数据处理：因为：R4=100*0.1%+90*0.2%+9*0.5%+0.2*5%=0.335 R4 =100*0.1%+90*0.2%+9*0.5%+0.2*5%=0.335Rx=199.2所以：Rx=1/2*（R4/ R4+ R4 / R4 ）*Rx =1/2*（0.335/199.2+0.335/199.2）*199.2 =0.4R=RxRx=（199.20.4）实验结论：（1）惠斯登电桥能较精确测量电阻；（2）电桥是否达到平衡，是以桥路里有无电流来进行判断的，而桥路中有无电流又是以检流计的指针是否发生偏转来确定的,但检流计的灵敏度总是有限的,这就限制了对电桥是否达到平衡的判断；为此，引入电桥灵敏度问题。 （3）、电桥灵敏度与检流计灵敏度成正比，检流计灵敏度越高电桥的灵敏度也越高。 （4）、电桥的灵敏度与电源电压E成正比，为了提高电桥灵敏度可适当提高电源电压。 （5）、电桥灵敏度随着四个桥臂上的电阻值 的增大而减小。随着 的增大而 减小。臂上的电阻值选得过大，将大大降低其灵敏度，臂上的电阻值相差太大，也会降低其灵敏度。总结 ：根据以上分析，就可找出在实际工作中组装的电桥出现灵敏度不高、测量误差大的原因。同时一般成品电桥为了提高其测量灵敏度，通常都有外接检流计与外接电源接线柱。但是外接电源电压的选定不能简单为提高其测量灵敏度而无限制地提高，还必须考虑桥臂电阻的额定功率，不然就会出现烧坏桥臂电阻的危险。惠斯登电桥测电阻中灵敏度存在问题：1由于实验中为了减小误差，采用的是交换测量法。在电桥平衡时，电阻箱的改变量R相同，但由于电阻箱电阻值和检流计格数不同，造成交换测量前后两次测量所得的电桥灵敏度不同。解决方法：应采用与计算电阻类似的方法来计算电桥灵敏度，先分别计算出交换前后的电桥灵敏度S前S后，再利用公式 计算。2为了确定电桥的灵敏度所带来的最大测量不确定度，而引人了电桥灵敏度。但在实验教材中，均只要求学生计算出电桥灵敏度，而没有指出如何利用电桥灵敏度来确定最大测量不确定度，那引人电桥灵敏度就失去了意义。解决方法：利用电桥灵敏度S求出S， s =然后根据电阻箱的准确度等级确定仪器误差，再根据间接测量公式，确定仪器误差所引起的Rx的不确定度a，最后再用下式求得测量结果的不确定度： 参考文献1茅林川，大学物理实验 ，天津大学出版社，19972呼文来，大学物理实验 ，机械工业出版社，19973肖苏，实验物理教程 ，中国科技大学出版社，19984唐远林，大学物理实验 ，重庆大学出版社，19995秦世忠姜琳，普通物理典型实验分析与研究 ，新华出版社，1995相关趣闻：惠斯通电桥不是惠斯