实验二、惠斯通电桥测电阻.

1、E实验惠斯通电桥测电阻 WheatstonbridgeWheatstone惠斯通(1802 - 1875), 英国物理学家.1802出生于 英格兰的格洛斯特.青少年 时代受到严格的正规训练， 兴趣广泛，动手能力很强， 1834年被伦敦英王学院聘为 实验物理学教授.1836年当选为英国伦敦皇家学会会员, 1837年当选为法国科学院外 国院士. 1868年由英王封为 爵士，1875年10月19日在巴 黎逝世.终年73岁。趣闻轶事惠斯通电桥其实不是惠斯通本人发明的 在测量电阻及进行其它电学实验中经常会用到一 种叫惠斯通电桥的电路，很多人误认为它是惠斯通 本人发明的.其实这是一个误会，这种电桥是由英

2、国发明家克里斯蒂在1833年发明的但是由于惠斯 通是第一个使用这种电桥来测量电阻的人，所以习 惯上人们把这种电桥成为惠斯通电桥实验简介惠斯通电桥的测量原理是比较法，具有测试灵敏 度高.测量精确和使用方便等特点，被广泛应用 于现代工业自动控制电器技术和非电量电测法中学习掌握惠斯通电桥测量电阻的原理，了解电桥 灵敏度的概念及对测量结果精确度的影响，不仅 能为正确使用单臂电桥，而且也为分析其他电桥 的原理和使用方法奠定基础.实验目的O掌握惠斯登电桥测电阻的原理;G）学会使用电桥测量电阻的方法;（3）了解提高电桥灵敏度的几种途径.实验仪器 0 QJ23a直流电桥QJ23直流电桥XtoX10 $ .&#

3、171;<>tw N&B*XIOOOR»QJ23a0.实验原理电桥平衡的条件是R D令C=R/R2,称为“倍率”，用C表示，則式（2）可 写为Rx -C- Rs.因此当电桥调平衡后，只要读出C 和 &值，待测电阻Rx便可得到.DxOOOiO>0.010一"JxQIxlCO- DMOtOD'lODOO0O內接外按.l>k疔9勺g9x1002电桥灵敏度实验中判断电桥两端是否平衡的依据是看检流计 的指针是否偏转。但检流计的灵敏度总是有限的。假设电桥在Ri/R2= 1时调到了平衡，则有R广R" 这时若把心改变一个量,电桥就应

4、失去平衡， 从而有电流Ig通过检流计。但若Ig小到使我们察觉不 出检流计偏转时，那么我们还会误认为电桥仍然是 平衡的，从而得出不准确的电阻傀.=尺+乂“ AR 就是由于检流计灵敏度不够而带来詁测量误差.电桥灵敏度我们为了衡量电桥的灵敏程度，引入了电 桥灵敏度的概念，它定义为:S =3W / R.式中，X 是在电桥平衡后的微小改变量.式中An是由于电桥偏离平衡而引起的 检流计偏转格数.S越大，说明电桥越灵敏, 带来的误差也就越小。检流计偏转一格相当于被测电阻的相对变化为。例如 5-50 （格），则当处改变=2%时，检流计可以有一格的偏转. 通常观测者可以察觉出0.2格的偏转，这就是说，由于检流计

5、 灵敏度的因素所带来的测*课差An所以上式可写成：S =它A=丄*02 = 04在一般情况下，&是固定电阻，阻值不能改变.可以证 明，在电桥平衡时有心 =An平/ "皿/X / &咏灵敏度影响电桥灵敏度s的几个因素电源电压的高步检流计本身的灵敏度A四个桥臂的搭配»桥路电阻的大小倍率C与测量精度 本实验中心是一只四钮电阻箱，调节范围为1 - 9999Q, 最小调节量为la；显然比较臂电阻皿明节位数越多，给 测量带来的课差就越小.为此在测量时要恰当地选取倍 率C,以使彳埠节的有敢住数冬量多.若特测电阻*才为izooa左右.由Rx =CRs可知，只有选 取O1时，

6、加的四个旋钮才都用上，使电桥的平衡精细到 四位有效数字.此例若选O0. 1,用这只电阻箱能把桥调平衡吗？若选C-10,代可获得几位有效数字？Vi电桥测量的不确定度倍率C有效童程(欧姆)荃准值准确度 等级描数(a)100010*-1111X10*10210010-1111X1010°0.51010-1111 xio10、0.5110*0.20J100-1111诃0.20-0110111.110"0.20.0011-11.11102测量不确定度可由下面公式计算:电桥的准确度等级与所选择的倍率有关；QJ23电桥各级借 率与有效量程、基准值、准确度等级指数的关系可见下 襄:实验内容

7、测量待测电阻Rxi的阻值测量待测电阻Rx3的阻值测量电桥的灵敏度1 检查电桥设置，对于QJ23a型直流电阻电桥，将电 源B的“内一外"接拨动开关和检流计G的“内一外”实验步骤接 拨动开关置于内接位置；对于QJ23型直流电阻 电桥，打开电源开关，将检流计G的中间接线柱与 “外”接接线柱用金属片段路即可；为零调整检流计上方的调零旋钮使其指零;2按下电源按纽B,观察检流计指针是否指零，若不3估计待测电阻g的阻值（根据色环指示，或用万 用表粗测），先选择好倍率C的取值，然后预置电 桥上的倍率转换开关和四个读数盘的读数（保证测 量结果有四位有效字）；4将待测电阻接至电桥的待测臂Rx上；实验步骤

8、5釆用跃按法，先后按下y调节读数盘， 使检流计指零，先后松开“G”、记录读数；6重复步骤25,共测六组数据；7用待测电阻Rx3替代Re 重复步骤2-6;8将电阻箱（置于4000Q档）接入待测臂Rx处，调 整倍率和读数盘，使电桥平衡，检流计指零，记 录Rx胡值；9取Rx的改变量Rx分别为2n s4n.6n.8n. ion分别记录检流计胡偏转格数!；10恢复仪器，整理实验器材.场地注意事项1.检流计调零测量前应预先调好检流计零位。2.电源及检流计开关B是电源按钮开关，实验中不要将此开关 按下锁住，以避免电流热效应引起电阻阻值 改变，并防止电池很快耗尽.G是检流计按钮开关，一般只能跃按，以 避免非瞬

9、时过载而引起检流计损坏.数据记录表Rx测量数据表基准值R广”"n电桥准确度等级a拿序号i123456比率臂借率比校臂Rs /Og/ c数据记录表电桥相对灵敏度测量数据表Rx-*«* 15序号i12345R/ aARx- Rj* -Rj/D n/格实验数据处理合成不确定度： “（心）=JS（兀）F+务2 =*0相对不确定度E(RJ = U也)X 1(X)% =*%心（3）相对灵敏度5 =寫皆喩"格/（/。）i:考査题1. 电桥使用中比例宥的倍率值选取应注意 什么？2. 电桥灵敏度与哪些因素有关？3. 如何消除比例臂电阻阻值不准造成的系 统误差？4. 电桥的灵敏度是否

10、越高越好?为什么？i:相关知识电阻按材料分一般有：碳膜电阻.金属膜电阻、水 泥电阻、线饶电阻等 一般的家庭电器使用碳膜电 阻较多，因为它成本低廉°金属膜电阻精度要高些, 使用在要求较高的设备上.水泥电阻和线饶电阻都 是能够承受比较大功率的，线饶电阻的精度也比较 高，常用在要求彳氏高的测量仪器上.小功率碳膜和金属膜电阻，一般都用色环表示电阻 阻值的大小，这也是我们在学习电阻的很重要的一 步.电阻阻值的单位是欧姆下面详细说明.相关知识色环电阻分为四色环和五色环，先说四色环.顾名思 义，就是用四条有颜色的环代表阻值大小.每种颜色 代表不同的数字，如下：表示误差黑0棕1红2 勺 4 M5盏6紫7 灰8白 9金二各色环表示意义如下：第一条色环：阻值的十位数字；第二条色环：阻值的个位数字；第三条色环：10的幕数； 第四条色环：误差表示.相关知识例如：电阻色环：棕绿红金第一位：1;第二位：5;10的探为2 （即100）