用双臂电桥测量低电阻

1、 双臂电桥测量低电阻【实验目的】1.了解双臂电桥测低电阻的原理和方法.2.了解附加电阻对低电阻测量的影响及消除方法.【实验仪器】QJ44电桥、待测低电阻【实验原理】用单臂电桥可测中等阻值的电阻（102106 ），而对于低电阻，则不能由单臂电桥来测量.主要是因为连接导线的电阻和接点间的接触电阻（我们称之为附加电阻，数量级为（10-210-4 ）的影响，会使测量结果产生较大的误差.为了减小误差，我们采用双臂电桥（亦称开尔文电桥）来测量低电阻.1. 附加电阻对低电阻测量的影响和四端连接线法我们先用毫伏计测量金属棒P1P2间的电压来说明.如图1所示，电流在接头P1处分为I1和I2，I1经电源和金属棒间

2、的接触电阻r1方能进入被测电阻Rx，在通过Rx后，又要经过接触点P2处的电阻r2，方能回到电源电路.而I2在P1处经电流和毫伏计的接触电阻r3（r3还包括连接毫伏计导线的电阻）才进入毫伏计，并通过P2处的接触电阻r4（r4也包括接线电阻）返回电源电路.据此分析可将图1电路等效为图2.由于毫伏计的内阻很大，通过的电流I2很小，所以附加电阻r3，r4对Rx两端电压测量的影响可以忽略不计.毫伏计的示值为r1，Rx，r2三个串联电阻压降之和，而Rx是低电阻，所以r1，r2的影响自然不能忽略，因此这样测出的电压与Rx两端相差较大，产生了明显的系统误差. 图1 测低电阻两端的电压 图2 测低电阻电压等效电

3、路为了消除上述系统误差，我们可以在保持毫伏计所连接点P1，P2不变的情况下，将电源电路接在P1，P2延长部分的C1，C2两处，这样接触电阻r1，r2就转移到电源电路中去了，不会影响原长P1P2间电压的测量.其接线情况及等效电路见图3和图4.这种把引入电流的接头放在测量电压接头外侧的接线方法叫四端接线法.四端接线法是消除接线电阻和接触电阻对低电阻测量影响的有效方法，并且规定用C1，C2表示处于外测的电流接头，用P1，P2表示处于被侧位置的电压接头.标准电阻就是采用了这种接线方法，所以在标准电阻上安装了四个接线柱，较大的一对为电流接线端，而较小的一对为电压接线端.对采用四端接线法的电阻，我们往往称

4、之为四端电阻. 图3四端接线法 图4四端接线法的等效电路2. 双臂电桥原理由以上分析可见：“四端接线法”可以消除附加电阻对低电阻测量的影响.如将该方法应用到单臂电桥中，则改进了的电桥就能准确地测量低电阻了，因此可将单桥中的R2和RX用RN和RX代替.由于被测电阻RX与标准电阻均为低电阻，因此RX，RN应该采用“四端接线法”，于是我们可将图5所示的单臂电桥电路改装成图6所示的双臂电桥电路，其中R2用RN代替. 图5单臂电桥电路 图6双臂电桥电路现在我们就图6的电路进行分析，首先看一下RN的P端对于C1点的接线电阻，它串入到电源电路中，不对RN产生影响，对于P1点，它的附加电阻引入到了R1支路，而

5、在R1支路中，R1比较大，而附加电阻与R1比较可忽略，因此，在P端，附加电阻的影响可消除.同理RX的Q端的附加电阻的影响也可消除.我们再来看一下RX的M端，对于P2点，它的附加电阻可引入到P2A支路，若在此支路上加大一个电阻R2，如图7所示，即可消除P2点附加电阻的影响.对于C2点的附加电阻，它与C点的附加电阻和导线电阻暂计为r.同理RX的N端中的P1与P2情况相同.因此，在P1A支路也加上一个大电阻Rs，这样在图7中仅附加电阻r对测量的影响未消除.我们再来看一下电桥平衡时的情况：在电桥平衡时检流计的电流为零.则有：通过R1，RS的电流相等，设为I1；通过RN和RX的电流相等，设为I2；通过R

6、2和Rs的电流也相等，设为I3.同时VB=VA，则可得出方程组：图7 双臂电桥电路 解上述方程组可得 (1)若使，则式（1）变为 （2）即可消除r的影响.因此我们只要使R1与R2，RS与RS同步变化，即：R1=R2，RS=RS就可达到目的.在双桥中，虽然r的大小不影响电桥的平衡，但r越大则电桥的灵敏度越低，所以在连接标准电阻和被测电阻的电流端采用短而粗的导线并尽量减小电阻，从而提高电桥的灵敏度.同时要注意，在连接时一定要接牢固，当心附加接触电阻的影响.3. 电阻率的测量我们已知，一段导线的电阻R为 L为导体的长度，A为导体的截面积，为电阻率，R为L长度的电阻.对于圆柱体有 （3）D为导体的直径

7、.如图8为QJ44型双臂电桥面板布置图。 图8 QJ44型双臂电桥面板图（1）检流计；（2）电桥外接工作电源接线柱；（3）检流计电源开关；（4）检流计灵敏度调节旋钮；（5）滑线读数盘；（6）步进读数开关；（7）检流计按钮开关；（8）电桥工作电源按钮开关；（9）倍率读数开关；（10、13）被测电阻电流端接线柱；（11）检流计电气调零旋钮；（12）被测电阻电位端接线柱。 【实验内容与步骤】1、市电型仪器连好专用电源线，插入220V插座,打开后面的电源开关，电桥就能工作。电池型仪器，在底部的电池盒装入1.5V1号电池4节.9V层叠电池2节。如用外接直流电源1.5-2V时，须用足够的容量。同时将电池盒

8、内的1.5V电池取出。2、将被测电阻，按四端连接法，接在电桥相应的C1、P1、C2、P2的接线柱上，如图9所示，AB之间为被测电阻。图93、“B1”开关打到“通”位置，检流计工作电源接通，等待5min后，调节检流计指针指在零位上。4、估计被测电阻值大小，选择适当量程倍率位置，先按下“G”按钮，再按下“B”按钮，调节步进和滑线读数盘，使检流计指针在零位上，电桥平衡，被测电阻按下式计算：被测电阻值（RX）=量程倍率读数×（步盘读数+滑线盘读数）5、 在测量未知电阻时，为保护检流计指针不被打坏，检流计的灵敏度调节旋钮应放在最低位置，使电桥初步平衡后再提高检流计灵敏度。在改变检流计灵敏度或环

9、境等因素的影响，有时会引起检流计指针偏离零位，在测量之前，随时都可以调节检流计零位。6、 测量数据表格自行设计。【实验注意事项】1、在测量电感电路和直流电阻时，应先按下“B”按钮，再按下“G”按钮，断开时，应先断开“G”按钮，后断开“B”按钮。2、测量0.1时以下阻值时，“B”按钮应间歇使用。3、在测量0.1以下阻值时，C1、P1、C2、P2接线柱到被测量电阻之间的连接导线电阻为0.0050.01，测量其它阻值时，连接导线电阻应不大于0.05。4、电桥使用完毕后，“B”和“G”按钮应松开，检流计工作电源开关应处于关闭位置，避免消耗电能，同时也能防止内部元件发热影响测量精度。5、仪器在使用中，如发现检流计灵