实验四 直流双臂电桥测量低值电阻

1、实 验 四 用双臂电桥测低电阻,实验目的 1.了解双臂电桥测低电阻的原理； 2.学会用双臂电桥测低电阻； 3.用双臂电桥测量导体的电阻率。 实验仪器和用具 QJ44型直流双臂电桥，螺旋测微计，铜丝，米尺，直流电源。,QJ44型直流双臂电桥使用方法： （1）在仪器底部电池盒中装上5节1号干电池，或在外接电源接线柱“B外”上接入1.52伏容量大于10安培小时的直流稳压电源，并将“电源选择”开关拔向相应位置。 （2）将检流计指针调到“0”位置。 （3）将被测电阻的四端接到双臂电桥的相应四个接线柱上。 （4）估计被测电阻值，将倍率开关旋到相应的位置上。 （5）当测量电阻时，应先按“B”后按“G” 按钮

2、，并调节读数盘，使电流计重新回到“0”位。断开时应先放“G”后放“B”按钮。注意：一般情况下，“ B”按钮应间歇使用。此时电桥已处平衡，而被测电阻为 （倍率开关的示值）（读数盘的示值） （6）使用完毕，应把倍率开关旋到“短路”位置上。,双臂电桥（又称开尔文电桥）是测量电阻的又一种方法。电阻按阻值的大小来分，大致可以分为三类：在1以下的为低电阻；在1-106之间的为中电阻；106以上的为高电阻。电阻的阻值不同，它们的测量方法也不相同。例如，用惠斯通电桥测中电阻时，会忽略导线本身的电阻和接点处接触电阻（总称附加电阻）的影响，但用它测低电阻时，就不能忽略了。一般地说，附加电阻约0.001为左右。若所

3、测低电阻为0.01，则附加电阻的影响可达10%。若所测低电阻在0.001以下，就无法得出测量结果了。对惠斯通电桥加以改进而成的双臂电桥消除了附加电阻的影响，一般用来测量10-5-10之间的低电阻。,实验原理,一、伏安法测低电阻的困难与处理： 如图a是伏安法测电阻的电路图，图b是将RX两侧的接触电阻、导线电阻的等效电阻 r1、 r2 、r3 、r4 表现出来的电路图。,由于电压表内阻较大，故 r1、r4对其影响不大可以忽略，而r2 、r3与RX相比不能忽略，有时甚至超过RX，所以图a不能用于低阻的测量。,解决上述问题的关键在于消除 r2和r3的影响。如图c就可达到这个目的，它将低电阻RX 两侧的

4、接点分别分为两个电流接点cc和两个电压接点pp，这样电压表测量的是长为L的一段低值电阻两端的电压。这样的四接点测量电路使低值电阻测量成为可能。,二、低值电阻的双电桥原理 双电桥测低电阻，就是将未知低电阻RX和已知标准低电阻RS相比较，如图d所示，r1 、 r2 、r3 、r4 为接触电阻和导线电阻，比较RX与RS 两端电压时，用通过两个分压电路adc和b1bb2去比较b、d两点的电势。由于R1、R2、R3、R4的阻值较大，其两端的接触电阻和导线的电阻可忽略不计。,当R1、R2、R3、R4取某一值时可使IG=0,即 Ubc=Udc 如图d所示，设通过RX的电流为I，则,=,由于r2 R1, r2

5、 R2.上两式中取 相除得： 则 当 时，可以消除接触电阻r2的影响。,=,此时 即满足 和 的条件下， 可以用上式算出未知低值电阻 。,三、实验内容 一段导体的电阻与该导体的材料的物理性质及其几何形状有关。实验指出，导体的电阻与其长度L成正比，与其横截面积S成反比，即 （4-6） 式中的比例系数 称为导体的电阻率，其大小表示导电材料的性质。设某段导线的横截面为圆型，直径为d，则 （4-7）,（1）将一段圆柱形导体（如铜丝、铅棒或铁棒等）按“四端电阻”的形式，如图4-4所示，连接在双臂电桥的P1P2C1C2的4个接线柱上，测出P1P2间电阻R。 （2）根据选用导体粗细的不同，合理选用螺旋测微计

6、测量出导体的直径d。在不同段十字方向共测量5次，求出平均值。 （3）用米尺测量出P1P2间的长度L。,（5）由公式（4-7）计算出电阻率 ，并用测量不确定度表示结果。,电桥测量的不确定度： . 双臂电桥的精确度等级与所选择的倍率有关；电桥各级倍率与有效量程、精确度等级指数的关系可见下表：,. 测量不确定度可由下面公式计算： 为所在倍率下的最大可测电阻值,【注意事项】 1.连接用的导线应短而粗，各接头必须干净、接牢，避免接触不良。 2.由于通过待测电阻的电流较大，在测量过程中，通电的时间应尽量短暂。 3.测量导体的电阻率，在连接电桥前双臂电桥中的检流计要先调零。 4.双臂电桥使用结束后，要关闭电源开关。,使用操作要点： . 双臂电桥用以测量低值电阻，待测电阻须依四端接法接入电桥； . 使用电桥之前，应先选择倍率C的取值。C可由粗测阻值和电桥读值来估算其数值； . C的取值应使电桥读值有最多的有效位数（四位）； . 仪器的工作电源可以内接，也可以外接；,. 使用仪器以前，先接通电源，预热五分钟； . 注意调节检流计零位； 灵敏度先调节至最小、操作中逐步提高测量灵敏度； . 在最高灵敏度条件下进行最后测量，电桥读数等于步