惠斯通电桥实验报告

1、最新资料推荐云南农业大学物 理 实 验 报 告实验名称：惠斯通电桥测量电阻一、实验目的(1)了解惠斯通电桥的构造和测量原理。(2)掌握用惠斯通电桥测电阻的方法。(3)了解电桥灵敏度的概念及其对电桥测量准确度的影响。二、实验仪器滑线式电桥，箱式电桥，检流计，电阻箱，滑动电阻器，待测电阻，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，由已知阻值的三个电阻R0、 R1 、R2 和一个待测电阻Rx 组成一个四边形，每一条边称为电桥的一个臂，在对角 A、B 之间接入电源 E，RxCI R0对角 C、D 之间接入检流计G。适当调节 R0、 R1、 R2 的阻I RxR0ARB

2、保护值，可以使检流计 G 中无电流流过，即C、 D 两点的电势I R1G I gIR2相等，电桥的这种状态称为平衡态。电桥的平衡条件为IR1DI R2RxR1 R0 KR0(1)E限流电阻R2图 1惠斯通电桥原理图式中比例系数K 称为比率或倍率，通常将R1、 R2 称为比率臂，将 R0 称为比较臂。1最新资料推荐2.电桥的灵敏度式 (1)是在电桥平衡的条件下推导出来的，而电桥是否达到真正的平衡状态，是由检流计指针是否有可察觉的偏转来判断的。检流计的灵敏度是有限的，当指针的偏转小于0.1 格时，人眼就很难觉察出来。在电桥平衡时，设某一桥臂的电阻是R，若我们把R 改变一个微小量R，电桥就会失去平衡

3、，从而就会有电流流过检流计，如果此电流很小以至于我们未能察觉出检流计指针的偏转，我们就会误认为电桥仍然处于平衡状态。为了定量表示检流计的误差，我们引入电桥灵敏度的概念，它定义为nS(2)R R式中，R 为电桥平衡后电阻R 的微小改变量，n 为电阻R 变化后检流计偏离平衡位置的格数，所以S 表示电桥对桥臂电阻相对不平衡值R/R 的反应能力。3.滑线式惠斯通电桥滑线式惠斯通电桥的构造如图2 所示。 A 、 B、 C 是装有接线柱的厚铜片（其电阻可以忽略），A、B 之间为一根长度为L 、截面积和电阻率都均匀的电阻丝。电阻丝上装有接线柱的滑键可沿电阻丝左右滑动，按下滑键任意触头，此时电阻丝被分成两段，

4、设AD 段的长度为 L1、电阻为R1， DB 的长度为L2 、电阻为 R2，因此当电桥处于平衡状态时，有RxR1R0L1R0L1L1R0(3)R2L2L式中， L 1 的长度可以从电阻丝下面所附的米尺上读出，R0 用一个十进制转盘式电阻箱作为标准电阻使用。另外电源E 串联了一个滑线变阻器RE，对电路起保护、调节作用。为了消除电阻丝不均匀带来的误差，可用交换R0 与 Rx 的位置重新测量的方法来解决。也就是在测定 Rx 之后，保持 R1、 R2不变（即 D 点的位置不变） ，将 R0与 Rx 的位置对调，重新调节 R0 为 R0 ，使电桥达到平衡，则有RxR2R0L2R0LL1R0(4)R1L1

5、L1所以RxR2R0L2R0LL1R0(5)R1L1L1由式 (5)可知， Rx 与 R1、 R2（或 L1 、 L2）无关，它仅取决于R0 的准确度。可以证明2最新资料推荐当 K=R1/R2=1 时，电桥的灵敏度最高，由于灵敏度限制而引起的误差最小，显然我们应在此最佳条件下测量。为此测量时可先将D 点放在电阻丝的中间，调节R0 的值，使电桥尽量接近平衡，然后再微调D 点的位置即可使电桥达到平衡。4.箱式惠斯通电桥在面板的左上方是比率臂旋钮（量程变换器），比率臂R1、 R2 由 8 个定位电阻串联而成，旋转调节旋钮，可以使倍率K 从 0.001 改变到 1000 共 7 个挡，在不同的倍率挡电

6、阻的测量范围和准确度不同，如表1 所示。面板右边是作为比较臂的标准电阻R0，它由 4 个十进位电阻器转盘组成，最大阻值为9999；检流计安装在比率臂下方，其上有调零旋钮；将待测电阻接在Rx 两接线柱之间； “ B”是电源的按钮开关， “ G”是检流计的按钮开关；使用箱内电源和检流计时应将“外接”短路；当电桥平衡时，待测电阻由式(1)可得。表 1不同倍率挡的测量范围与相对不确定度倍率 K0.0010.010.11101001000范围 / 9.99999.99999.9999999.99103999.9 1039.999 106相对不确定度2%0.5%0.2%0.2%0.5%0.5%2%5.检流

7、计检流计是一种可监测微小电流的仪器，在物理实验中常用作指零仪表。本实验所用AC5/4 型直流指针式检流计，使用时需水平放置。其上装有零位调节器，当指针不指零时可以调回零位。检流计上标有“+”、“”两个接线柱，另外还有“电计”及“短路”按钮。在使用过程中如需将检流计与外电路短时间接通，只要将“电计”按钮按下即可若在使用过程中检流计指针不停地摆动，将“短路”按钮按下，指针便立刻停止摆动。四、实验步骤1.用滑线式惠斯通电桥测电阻(1) 了解滑线式惠斯通电桥的构造及用法。(2)按图 2 接好线路，选取电阻箱的阻值R0，使其接近待测电阻Rx 的估计值。(3)选取合适的 D 点，调整 R0 的阻值，使电桥

8、处于平衡位置，记录R0 和 L1 的值。(4) 保持 D 的位置不变，将待测电阻 Rx 和电阻箱 R0 的位置互换，重复上述步骤，记录 R0 的值，计算待测电阻 Rx 的阻值。(5) 测量电桥的灵敏度， 在电桥平衡后将 R0 改变 R，记录检流计指针偏离平衡位置的3最新资料推荐格数n，计算电桥的灵敏度S。(6) 换一个待测电阻，重复上述步骤。(7) 计算待测电阻的绝对不确定度并表示出测量结果。2.用箱式惠斯通电桥测电阻(1) 根据待测电阻Rx 的估计值， 确定倍率K ，使 R0 阻值与倍率K 的乘积接近Rx 的估计值。(2)按下“ B ”、“G”按键，观察检流计指针偏转程度，并逐个调节比较臂的

9、千、百、十、个位读数旋钮，直到检流计准确指零为止。(3)记录 R0（比较臂四个转盘电阻之和）与倍率K 的值，求出待测电阻Rx 值，并由表1 给出测量不确定度。(4)换一个待测电阻，仿照上述步骤再次测量。五、原始数据记录1、滑线式电桥：L1R0R0Rn电阻 150.0cm4284.94370.20.32.0 格电阻 250.0cm43.843.30.23.8 格2、箱式电桥：倍率 KR0电阻 10.12999电阻 20.013495六、实验数据处理：1.滑线式惠斯通电桥（ 1）电阻 1：RxR0R04284.94370.24327.344最新资料推荐Sn2.0格29134.70格R R0.3 4

10、370.2电阻箱的相对不确定度U CR0a%bM R00.1%0.0026 / 4370.2 0.1003%R0待测电阻的相对不确定度U cRx222U crelU cR0UcN20.1RxR0S0.001030.46%29134.70待测电阻的不确定度U cRx U crel Rx0.46%4327.3419.91待测电阻的阻值为Rx(4327.34 19.91)(P1)U crel0.46%（ 2）电阻 2：RxR0 R043.8 43.343.5n3.8格823格S0.2 43.3R R电阻箱的相对不确定度U CR0a%bM R00.1%0.002 6 / 43.30.00128R0待测

11、电阻的相对不确定度U cR x222U crelU cR0U cN20.1RxR0S0.001280.13%823待测电阻的不确定度U cRxU crel Rx0.13%43.50.1待测电阻的阻值Rx(43.50.1)U crel0.13%2.箱式电桥（ 1）电阻 1：(P1)待测电阻的阻值RxK R 0. 1 2 9 9 92 9 9. 905最新资料推荐由表 1 可知，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为U cRxU crel Rx0.2%299.90.6待测电阻的阻值Rx(299.90.6)U crel0.2%（ 2）电阻 2：(P1)待测电阻的阻值RxK R00. 0 13 4 9 53 4. 9 5由表 1 可知，当 K =0.01 时，电桥的相对不确定度为0.5%待测电阻的不确定度U