大学物理实验报告-2

第三部分基本实验惠斯通电桥测电阻北方民族大学基础物理实验中心大学物理实验指导书PAGE40PAGE39第三部分基本实验指导实验一、惠斯通电桥测电阻电桥是利用比较法进行电磁测量的一种电路连接方式，它可以测量很多电学量，如电阻、电容、电感、互感等，还可以配合不同的传感器件测量很多非电学量，如温度、压力、加速度等。因此在传感技术中应用极广。电桥的种类较多，按工作状态可分为平衡电桥和非平衡电桥；按工作电流种类可分为直流电桥和交流电桥；按结构和测量范围可分为单臂电桥和双臂电桥。电桥法根据平衡和比较原理测量电阻，其构思巧妙、测量准确、适用方便，是电磁测量的基本方法。本实验所用电桥为直流单臂电桥，也称作惠斯通（Wheatstone）电桥。惠斯通电桥适用于测量中等阻值的电阻。实验目的1．学习用电桥法测量电阻的原理，了解其应用；2．掌握使用箱式惠斯通电桥测量中值电阻阻值的方法；3．掌握测量箱式惠斯通电桥的相对灵敏度的方法。实验器材QJ23型或QJ23a型直流电阻电桥（如图所示）；ZX21型电阻箱；待测电阻若干；导线两根。0图1QJ23型直流电阻电桥图2QJ23a型直流电阻电桥ARAR2BCDR1RsEKGRx图3惠斯通电桥原理图惠斯通电桥测电阻原理如图3所示。四个电阻R1、R2、RS与Rx联成一个四边形，每一个边作为电桥的一个臂，R1、R2称为比率臂，RS称为比较臂（标准臂），Rx为电桥的待测臂。对角线AC连接电源E。对角线BD之间接检流器G。调节RS使B、D两点电势相等，这时检流计G指零，电桥达到平衡。依B、D两点间电势差为零，可得：其中R1/R2称为比率臂的倍率。若比率臂的倍率与比较臂值Rs均为已知，则可算出Rx的值。电桥平衡后检流计指针指零；若桥路中电阻值发生改变，如Rx的改变量为△Rx，则电桥失去平衡，检流计指针发生偏转，偏转格数为△n。我们将由于Rx的改变而引起检流计G指针的偏转所引起的△n与Rx的相对改变量△Rx/Rx的比值称为电桥相对灵敏度S，即：S=△n/(△Rx/Rx)实验内容1．用箱式惠斯通电桥测量待测电阻Rx1、Rx3的阻值，保证测量结果有四位有效字，给出测量结果；2．测量箱式惠斯通电桥在Rx取2000Ω时的相对灵敏度，表达结果。实验步骤1．检查电桥设置，对于QJ23a型直流电阻电桥，将电源B的“内-外”拨动开关和检流计G的“内-外”拨动开关置于内接方式；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”接线柱用金属片短路即可；2．按下电源按纽B，观察检流计指针是否指零，若不为零，调整检流计上方的调零旋钮使其指零；3．估计待测电阻Rx1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，采用跃按法，既先后按下“B”、“G”按钮，调节读数盘，使检流计指零；5．先后松开“G”、“B”按钮，记录读数；6．重复步骤2-5，测量六组数据；7．用待测电阻Rx3替代Rx1，重复步骤2-6；8．将电阻箱（置于2000Ω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的值。取Rx的改变量△Rx分别为2Ω、4Ω、6Ω、8Ω、10Ω，分别记录检流计的偏转格数△n；9．恢复仪器，整理实验器材、场地。注意事项B是电源开关按钮，实验中不要将此按钮按下锁住，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是检流计开关按钮，一般只能跃按，以避免非瞬时过载而引起检流计损坏。参考文献[1]．成正维.大学物理实验.北京:高等教育出版社，2002附录1：数据记录及数据处理1．数据记录表表1：Rx1测量数据表基准值RN=****Ω电桥准确度等级α=****序号i123456倍率CRS/ΩRx1/Ω表2：Rx3测量数据表基准值RN=****Ω电桥准确度等级α=****序号i123456倍率CRS/ΩRx3/Ω表3：电桥相对灵敏度测量数据表Rx=****Ω序号i12345△Rx/Ω△n/格2．数据处理(1)的最佳值及不确定度的算术平均值：；测量值的实验标准差：，（按肖准则检查无坏值）；平均值的实验标准差：；电桥的示值极限误差：；合成不确定度：相对不确定度：(2)的最佳值及不确定度处理方法及步骤同上。(3)电桥的相对灵敏度3．实验结论(1)电阻阻值的测量结果：(2)电阻阻值的测量结果：(3)电桥的相对灵敏度（）：附录2：电桥参数电桥的示值极限误差由公式计算电桥的准确度等级与所选择的倍率有关；电桥各级倍率与有效量程、基准值、准确度等级指数的关系可见下表：QJ23电桥特性倍率C有效量程(欧姆)基准值准确度等级(a)1000106～1111×1041072100105～1111×1031060.510104～1111×1021050.51103～1111×101040.20.1100～11111030.20.0110～111.11020.20.0011～11.11102QJ23a电桥特性倍率C有效量程(欧姆)基准值准确度等级(a)1000106～1111×104107201005×105～1111×1031065100105～5×1051062105×104～1111×102105110104～5×1041050.115×103～1111×101040.21103～5×1031040.10.1100～11111030.10.0110～111.11020.20.0011～11.11100.5附录3：电阻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，常用在要求很高的测量仪器上；色环法表示电阻阻值说明：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：黑0、棕1、红2、橙3、黄4、绿5、蓝6、紫7、灰8、白9、金、银表示误差。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的幂数；第四条色环：误差表示。例如，电阻色环：棕绿红金第一位：1；第二位：5；10的幂为2（即100）；误差为5%。即阻