大学物理实验-电桥法测电阻

电桥法测电阻电桥法测电阻测电阻的方法测电阻的方法测电阻有许多种方法,如伏安法、欧姆表法等,它们多数都不同程度地受到电表精度和接入误差的影响。但使用电桥法测电阻是一种比较法,上述影响比较小,只要标准电阻很精确,检流计足够灵敏,那么被测电阻的结果就有较高的准确度。实验目的实验目的 1.了解惠斯通电桥测量电阻的原理，了解惠斯通电桥测量电阻的原理，学会正确使用电桥测量电阻的方法；学会正确使用电桥测量电阻的方法；2.了解电桥灵敏度的概念，学习对了解电桥灵敏度的概念，学习对测量电路系统误差的简单校正；测量电路系统误差的简单校正；3.掌握箱式直流电桥的使用方法。掌握箱式直流电桥的使用方法。实验仪器实验仪器“+、-”为外接电源的输人端为外接电源的输人端钮钮“内、内、G、外、外”为检流计选择端为检流计选择端钮钮 当当“G和和“内内”由短路片连接由短路片连接时，则在时，则在“G”和和“外外”间需外间需外接检流计，在接检流计，在“G”和和“外外”短短接时，本仪器内置的检流计已接接时，本仪器内置的检流计已接人桥路之中。人桥路之中。实验仪器实验仪器面板上的面板上的“B”“G”按钮，前者用于接通电源，后者按钮，前者用于接通电源，后者用于接通检流计支路。用于接通检流计支路。在使用时，在使用时，“B”、“G”两个两个电健要同时使用，但需先按下电健要同时使用，但需先按下“B”，再按下，再按下“G”；断开时则先松开断开时则先松开“G”，再松开，再松开“B”，以保护检流计。，以保护检流计。实验原理实验原理 线路原理线路原理2211RIRI021RIRIx021RRRRx0021KRRRRRxK为电桥倍率0021KRRRRRx 在测量时，要先知道Rx的估测值，本实验通过万用表测得，根据Rx的大小选择合适的电桥倍率，把Rx调到估测值，再细调，使电桥平衡。利用惠斯通电桥测电阻，从根本上消除了采用其它方法时，由于电表接入而带来的系统误差，因而准确度也就提高了。实验原理实验原理 电桥的灵敏度电桥的灵敏度0021KRRRRRx 上式是在电桥平衡的条件下推导出来的，而电桥是否平衡，实验上是看检流计有无偏转来判断的。检流计的灵敏度总是有限的，例如我们实验中所用的张丝式指针检流计，指针偏转1格所对应的电流大约为10-6A，当通过它的电流比10-7A还要小时，指针的偏转小于格，我们就很难觉察出来，假设电桥在R1/R2=1调到了平衡，则有Rx=R0，这时若把R0改变一个量R0，电桥就应失去平衡，从而有电流Ig流过检流计，但若Ig小到我们检觉察不出来检流计偏转时，那么我们就会认为电桥还是平衡的，因而得出Rx=R0+R0，R0就是由于检流计灵敏度不够而带来的测量误差Rx。为此，我们引入电桥灵敏度S的概念，它定义为：00RRnRRnSxx Rx是在电桥平衡后Rx的微小改变量(实际上待测电阻Rx是不能变的，在测S时，改变的是标准电阻R0),而n是由于电桥偏离平衡而引起的检流计的偏转格数，它越大，说明电桥越灵敏，带来的误差也就越小。电桥灵敏度的高低取决于电源电压的高低、检流计本身的灵敏度、四个桥臂的搭配以及桥路电阻的大小，因此，其并非固定值。电桥灵敏度的测量电桥灵敏度的测量在电桥平衡时，使R0改变R0，而检流计指针偏离零点格（人眼能觉察到的的界限）。实际测量中往往是采取在电桥平衡时，R0改变某一值R0,，使指针偏离零点为2格，然后再取00101RR实验原理实验原理 电桥的优缺点电桥的优缺点电桥的实质是把未知电阻和标准电阻相比较，电桥的实质是把未知电阻和标准电阻相比较，而制造较高精度的标准电阻并不困难，用电而制造较高精度的标准电阻并不困难，用电桥测电阻时，只要检流计足够灵敏，且选用桥测电阻时，只要检流计足够灵敏，且选用标准电阻作为桥臂，待测值可以达到其它三标准电阻作为桥臂，待测值可以达到其它三臂的标准电阻具有的准确度。臂的标准电阻具有的准确度。电桥电路中的检流计只用来判断电流有无，电桥电路中的检流计只用来判断电流有无，并不需要提供读数，所以选用的检流计只要并不需要提供读数，所以选用的检流计只要求有高的灵敏度，其它方面并无苛求。求有高的灵敏度，其它方面并无苛求。电桥的缺点主要是操作较烦，且不能测量非电桥的缺点主要是操作较烦，且不能测量非线性电阻。线性电阻。实验内容实验内容-11.先用万能电表电阻档粗测电阻的阻值。2.将电阻接到电桥上，根据电阻值选择电桥的倍率和读数旋钮（比较臂R0），合适的比率将有4位有效数字的测量结果，也就是首位读数旋钮不为零。连接“G”和“外”短接，令电桥使用内置的检流计和内置的电源。3.按下电源开关按扭“B”，使电桥通电。起初电桥处于非平衡状态，点按检流计按扭“G”，可观察到指针的偏转。由偏转方向，判断读数调节的增减方向，相应调节最大的读数旋钮，使指针的偏转幅度减少。实验内容实验内容-24.仿步骤3，依照从大到小的次序，不断调节电桥的读数旋扭，逐渐使电桥上的检流计指针指向零。5.最后，检查平衡电桥的灵敏度：在电桥平衡时，改变读数旋钮的值，使检流计指针偏移n格，相应的电阻值改变为R0，计算电桥的灵敏度00RRnS00101RR实验内容实验内容-36.依上方法，测量几只阻值不同的电阻。7.根据下式估算测量的不确定度。0.2xxRRS00RRnRRnSxx参考表格参考表格注意事项注意事项箱式电桥使用时，电源接通时间均应很短，即不能将B、G两按钮同时长时间按下；测量时，应先按B后按G，断开时，必须先断开G后断开B。并养成习惯。箱式电桥所用电源的电压大小请看清实验室提供的说明书或资料，按规定取值。调节比较臂R0的四个电阻旋钮时，应由大到小。当大阻值的旋钮转过一格，检流计的指针从一边越过零点偏到另一边时，说明阻值改变范围太大，应改变较小阻值旋钮。钮动旋钮时，要用电桥的平衡条件作指导，不得随意乱钮。测量完毕后必须断开B和G，并仍使短路片处于“内接”状态，以保护检流计。