惠斯通电桥实验报告.doc

1、惠斯通电桥实验报告实验名称:惠斯通电桥测量电阻(1)了解惠斯通电桥的结构和测量原理。(2)掌握惠斯通电桥测量电阻的方法。(3)了解桥梁灵敏度的概念及其对桥梁测量精度的影响。二、 实验仪器滑线电桥、盒式电桥、检流计、 电阻箱、 滑动电阻、被测电阻、电源、开关、导线等。三、实验原理:1 .惠斯通电桥的测量原理如图1 所示，它由三个电阻值已知的电阻R0、 r 组成1 .R2 和待测电阻Rx 形成一个四边形，每一侧称为桥臂，电源E连接在对角A 和对角 B 之间， 检流计 G 连接在对角C 和对角 D 之间适当调整R0、 r2 .R2 的电阻值可以使检流计G 中没有电流流动，即C 和 D 的电位相等。这

2、种桥接状态称为平衡状态。电桥的平衡条件是(1)，其中比例系数k 称为比率或放大率，通常为 r3 .R2 被称为比率臂，R0 被称为比较臂。4 .在电桥平衡的情况下，推导出电桥的灵敏度公式(1)， 通过检流计指针是否有可察觉的偏转来判断电桥是否达到真正的平衡状态。检流计的灵敏度有限。当指针偏转小于0.1 格时，人眼很难检测到。当电桥平衡时，将某个电桥臂的电阻设为R。 如果我们改变R 一个小的量 H 电桥将失去平衡，因此电流将流过检流计。如果电流很小，我们无法检测到电流计指针的偏转，我们会错误地认为电桥仍处于平衡状态。 为了定量表示检流计的误差，我们引入了电桥灵敏度的概念，定义为(2), SR是电

3、桥平衡后电阻R的微小变化，S谑电阻R变化后偏离平衡位置的检流计的晶格数，因此 s 代表电桥对电桥臂电阻相对不平衡值SR/R勺响应能力。3.滑线惠斯通电桥的结构如图2所示。甲、乙、丙是带接线柱的厚铜片(其电阻可以忽略)。一种长度为L、截面积和电阻率均一的电阻丝，其长度在A 和 B 之间电阻丝上装有接线柱的滑键可沿电阻丝左右滑动，并按下滑键的任何触点。此时，电阻丝被分成两部分，并且AD 部分的长度被设置为L1 .电阻是R1,分贝的长度是12 .电阻是R2,所以当电桥处于平衡状态时，有公式(3),其中L1长度可以从电阻丝下面的仪表刻度读取，R0 使用十进制转盘电阻盒作为标准电阻。此外，电源E 与滑线

4、变阻器re 串联，以保护和调节电路。为了消除不均匀电阻丝引起的误差，可以重新测量交换器R0 和Rx的位置。也就是说，在确定 Rx之后，保持r1.如果R2 不变 (即点 d 的位置不变)，则 R0 和 Rx 的位置颠倒，重新调整R0 以使电桥达到平衡，然后是(4)。因此，从等式(5)可以知道 Rx 和 r1、R2(或 l1， L2) ，它只取决于R0 的精度。可以证明，当K=R1/R2=1 时，电桥的灵敏度最高，灵敏度限制引起的误差最小。显然， 我们应该在这个最佳条件下进行测量。为此，可以先将点D 放在电阻丝的中间，并调整R0 的值，使电桥尽可能接近平衡，然后再微调点D 的位置，使电桥达到平衡。

5、4.惠斯通电桥是面板左上方的比率臂旋钮(范围转换器)，比率臂R1.R2由8个定位电阻串联而成。通过旋转调节旋钮，对于总共7个档位，倍率K 可以从 0.001 改变到 1， 000。不同倍率下电阻的测量范围和精度不同，如表1 所示。面板右侧是一个标准电阻R0 作为比较臂，由四个十进制电阻转台组成，最大电阻为9999g电流计已经安装好了当电桥平衡时，要测量的电阻可以从等式(1)获得。表1 不同放大倍率和相位惠斯通电桥电阻测量的测量范围(1)了解惠斯通电桥的结构和测量原理。(2)掌握惠斯通电桥测量电阻的方法。(3)了解桥梁灵敏度的概念及其对桥梁测量精度的影响。二、 实验仪器滑线电桥、盒式电桥、检流计

6、、 电阻箱、 滑动电阻、被测电阻、电源、开关、导线等。三、实验原理:1.惠斯通电桥的测量原理如图1 所示，它由三个电阻值已知的电R0、 r 组成1 .R2 和待测电阻Rx 形成一个四边形，每一侧称为桥臂，电源E连接在对角A 和对角 B 之间， 检流计 G 连接在对角C 和对角 D 之间适当调整R0、 r2 .R2 的电阻值可以使检流计G 中没有电流流动，即C 和 D 的电位相等。这种桥接状态称为平衡状态。电桥的平衡条件是(1)，其中比例系数k 称为比率或放大率，通常为 r3 .R2 被称为比率臂，R0 被称为比较臂。4 .在电桥平衡的情况下，推导出电桥的灵敏度公式(1)， 通过检流计指针是否有

7、可察觉的偏转来判断电桥是否达到真正的平衡状态。检流计的灵敏度有限。当指针偏转小于0.1 格时，人眼很难检测到。当电桥平衡时，将某个电桥臂的电阻设为R。 如果我们改变R 一个小的量 H 电桥将失去平衡，因此电流将流过检流计。如果电流很小，我们无法检测到电流计指针的偏转，我们会错误地认为电桥仍处于平衡状态。 为了定量表示检流计的误差，我们引入了电桥灵敏度的概念，定义为(2), SR是电桥平衡后电阻R的微小变化，S谑电阻R变化后偏离平衡位置的检流计的晶格数，因此 s 代表电桥对电桥臂电阻相对不平衡值SR/R勺响应能力。3.滑线惠斯通电桥的结构如图2所示。甲、乙、丙是带接线柱的厚铜片(其电阻可以忽略)

8、。一种长度为L、截面积和电阻率均一的电阻丝，其长度在A 和 B 之间电阻丝上装有接线柱的滑键可沿电阻丝左右滑动，并按下滑键的任何触点。此时，电阻丝被分成两部分，并且AD 部分的长度被设置为L1 .电阻是R1,分贝的长度是12 .电阻是R2,所以当电桥处于平衡状态时，有公式（3）,其中L1长度可以从电阻丝下面的仪表刻度读取，R0 使用十进制转盘电阻盒作为标准电阻。此外，电源E 与滑线变阻器re 串联，以保护和调节电路。为了消除不均匀电阻丝引起的误差，可以重新测量交换器R0 和Rx的位置。也就是说，在确定 Rx之后，保持r1.如果R2 不变（即点d 的位置不变），则R0 和 Rx 的位置颠倒，重新

9、调整R0 以使电桥达到平衡，然后是（4）。因此，从等式（5）可以知道 Rx 和 r1、R2（或 l1， L2） ，它只取决于R0 的精度。可以证明，当K=R1/R2=1 时，电桥的灵敏度最高，灵敏度限制引起的误差最小。显然， 我们应该在这个最佳条件下进行测量。为此，可以先将点D 放在电阻丝的中间，并调整R0 的值，使电桥尽可能接近平衡，然后再微调点D 的位置，使电桥达到平衡。4.惠斯通电桥是面板左上方的比率臂旋钮（范围转换器），比率臂R1 .R2由8个定位电阻串联而成。通过旋转调节旋钮，对于总共7个档位，倍率K 可以从 0.001 改变到 1， 000。不同倍率下电阻的测量范围和精度不同，如表

10、1 所示。在面板的右侧是一个标准电阻R0 作为比较臂，由当电桥平衡时，要测量的电阻可以从等式(1)获得。表1 不同量程的测量范围和相位：L1R0SRSn电阻 150.0cm4284.9 3 4370.2 3 0.3 3 硼极0阻 250.0cm43.8 Q 43.3 Q 0.2 搬 3.8 极2 .箱形桥:乘法器 KR0 电阻 10.12999 3电阻 20.013495 3六、实验数据处理:1 .滑线惠斯通电桥(1)电阻1:电阻箱的相对不确定度待测电阻的相对不确定度待测电阻的不确定度为(2)电阻2:电阻箱的相对不确定度被测电阻的相对不确定度被测电阻的不确定度被测电阻的电阻值2。箱形桥(1)电阻1:从表 1 中可以看出待测电阻的电阻值。当 K=0.1 时， 电桥的相对不确定度为0.2%。待测电阻的不确定度是待测电阻的电阻值(2)电阻2:从表 1 中可以看出待测电阻的电阻值。当K=0.01 时，电桥的相对不确定度为待测电阻不确定度的0.5%。待测电阻的电阻值七、实验误差分析1 .检流计的灵敏度越高，实验结果的误差越小。因此，实验中应尽可能选择