《惠斯登电桥测电阻》PPT课件

惠 斯 登 电 桥 测 电 阻 实 验 目 的 掌 握 惠 斯 登 电 桥 的 基 本 原 理 ， 了 解 桥 式 电 路 的 特 点 。 通 过 用 惠 斯 登 电 桥 测 电 阻 ， 掌 握 电 桥 的 使 用 方 法 ， 了 解 电 桥灵 敏 度 概 念 。 学 习 对 测 量 电 路 系 统 误 差 的 简 单 分 析 。 实 验 仪 器 QJ-23型 箱 式 电 桥 、 电 源 、 检 流 计 、 滑 线 变 阻 器 、 待 测 电 阻 、电 阻 箱 、 开 关 、 导 线 。 实 验 原 理 电 阻 是 电 学 元 件 的 基 本 参 数 之 一 。 在 进 行 材 料 特 性 和 电 器 装置 性 能 研 究 等 工 作 中 ， 经 常 要 测 量 电 阻 。 根 据 欧 姆 定 律 来 测量 电 阻 （ 如 伏 安 法 测 电 阻 ） 。 由 于 利 用 要 使 用 电 表 读 数 ， 测量 准 确 度 受 到 电 表 内 阻 和 电 表 精 确 度 的 限 制 ， 不 容 易 准 确 。电 桥 法 则 克 服 了 这 些 缺 点 ， 它 不 使 用 电 表 读 数 ， 而 是 将 待 测电 阻 直 接 与 标 准 电 阻 （ 电 阻 量 具 ） 进 行 比 较 ， 故 可 达 到 很 高的 准 确 度 。 除 了 用 来 测 量 电 阻 外 ， 电 桥 还 可 以 用 于 测 量 电 感 、电 容 、 频 率 、 压 力 、 温 度 、 形 变 等 许 多 物 理 量 ， 并 在 自 动 控制 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 实 验 原 理1. 惠 斯 登 电 桥 的 工 作 原 理 I 图 1 惠 斯 登 电 桥 原 理 电 路 图 G R1 Rx R 0 R2 I1 I 2 Ix I0 Ig Kg K1 E C B D A R n 惠 斯 登 电 桥 如 图 1所 示 。 被 测电 阻 与 三 个 已 知 电 阻 R1、 R2、R0连 成 电 桥 的 四 个 臂 。 四 边形 的 对 角 线 AC接 电 源 ， 称 为电 桥 的 电 源 对 角 线 ； 另 一 对角 线 BD接 检 流 计 G， 称 为 电桥 的 检 测 对 角 线 ， 也 称 为“ 桥 路 ” 。 G的 作 用 就 是 检 测B、 D这 两 点 间 的 电 位 差 。 实 验 原 理 若 B、 D两 点 之 间 的 电 位 相 等 ， （ 即 使 Kg接 通 ） 桥 路 中 的 电流 ， 检 流 计 指 针 指 零 ， 这 种 状 态 称 作 电 桥 平 衡 。由 Ig=0 且 UBD=0 021 RRRR x 即 021 RRRRx 为 了 计 算 方 便 ， 通 常 把 阻 值 比 R1/R2选 定 为 10n（ n为 正 负 整 数和 0） ， 记 C=R1/R2 ， 称 为 电 桥 的 比 率 ， 则 0CRRx 相 应 地 ， 把 R1、 R2两 臂 称 为 电 桥 的 比 例 臂 ， R0称 为 比 较 臂 ，是 可 变 的 （ 标 准 ） 电 阻 。 实 验 时 调 节 使 电 桥 平 衡 ， 由 上 式 可求 得 Rx。 实 验 原 理2 电 桥 的 灵 敏 度 实 验 中 ， 电 桥 是 否 平 衡 是 依 据 检 流 计 有 无 偏 转 来 判 定 的 ， 但检 流 计 的 灵 敏 度 总 是 有 限 的 。 如 取 C=1。 假 设 电 桥 已 被 调 到完 全 平 衡 ， 故 然 有 Rx=R0。 如 果 此 时 令 R0 稍 作 变 化 ， 将 R0 变 成 R0+R ， 电 桥 就 应 失 去 平 衡 ， 从 而 应 有 一 个 微 小 的 电 流流 过 检 流 计 ， 如 果 它 小 到 不 能 使 检 流 计 发 生 可 以 觉 察 的 偏 转 ，我 们 会 认 为 电 桥 仍 然 是 平 衡 的 ， 因 而 得 出 的 结 论 ， 就 是 电 桥灵 敏 度 不 够 而 引 起 的 的 测 量 误 差 。 电 桥 灵 敏 度 定 义 为 ： 00RRnS 实 验 内 容1. 用 自 组 电 桥 测 量 未 知 电 阻(1) 按 图 1接 好 线 路 ， 其 中 R1、 R2采 用 6位 电 阻 箱 ， R0采 用 4位 电 阻 箱 。 实 验 内 容(2) 调 节 检 流 计 。 检 流 计 上 附 有 测 量 开 关及 短 路 开 关 。 测 量 开 关 在 检 查 电 桥 是否 平 衡 时 使 用 ， 应 当 用 跃 接 法 。 短 路开 关 能 使 磁 电 式 检 流 计 的 线 圈 自 身 短接 ， 当 检 流 计 的 表 针 摆 动 到 停 点 时 按下 短 路 开 关 ， 就 能 使 表 针 很 快 地 停 止摆 动 。 检 流 计 使 用 前 必 须 把 锁 扣 拨 向白 点 ， 让 线 圈 能 自 由 摆 动 ， 实 验 完 毕要 把 锁 扣 拨 向 红 点 ， 使 线 圈 锁 定 不 动 。使 用 时 如 果 指 针 的 停 点 不 指 零 ， 可 以旋 动 零 位 调 节 旋 钮 调 零 ， 调 零 的 动 作要 慢 。 实 验 内 容(3) 电 桥 调 平 衡 ： 先 粗 调 ， 再 细 调 。 粗 调 ： 滑 线 变 阻 器 可 以 控 制 回 路 中 电 流 的 大 小 。 测 量 开 始 时 ， 将 Rn调 到最 大 以 保 护 检 流 计 。 接 通 开 关 K1， 按 下 Kg并 观 察 检 流 计 的 偏 转 情 况 （ 使用 跃 接 法 ） ， 用 逐 步 逼 近 法 调 节 R0， 即 如 果 观 察 到 检 流 计 指 针 向 左 偏 转 ，则 设 法 通 过 调 R0使 检 流 计 指 针 向 右 偏 转 ， 如 此 反 复 可 逐 步 缩 小 电 阻 范 围 ，使 检 流 计 指 针 的 偏 转 越 来 越 小 直 至 电 桥 接 近 平 衡 。 （ 如 果 检 流 计 指 针 总是 偏 向 一 个 方 向 ， 原 因 有 哪 些 ？ 怎 样 处 理 ？ ） 细 调 ： 将 滑 线 变 阻 器 R n调 到 最 小 ， 精 确 调 节 R0， 使 电 桥 达 到 平 衡 完 全 。记 下 各 R的 值 ， 计 算 Rx。 实 验 内 容2. 用 箱 式 电 桥 测 量 未 知 电 阻 及 其 相 应 的 灵 敏 度 G B 1000 0 3 4 2 1 5 6 7 8 9 2 5 6 4 3 7 8 9 0 1 3 6 7 5 4 8 9 0 1 2 4 7 8 6 5 9 0 1 2 3 100 10 1 0.1 0.001 0.01 B G 1000 X1 X2 100 10 1 + - 8 9 7 9 6 5 4 3 2 1 图 2 Q J-23 型 惠 斯 登 电 桥 面 板 图 1-待 测 电 阻 XR 接 线 柱 ； 2-检 流 计 按 钮 开 关 G； 3-电 源 按 钮 开 关 B； 4-检 流 计 ； 5-检 流 计 调 零旋 钮 ； 6-检 流 计 接 线 柱 (使 用 内 附 检 流 计 时 ， 将 “外 接 ”接 线 柱 短 路 。 从 “外 接 ”接 线 柱 接 入 外接 检 流 计 时 ， 将 “内 接 ”接 线 柱 短 路 )； 7-外 接 电 源 接 线 柱 (使 用 内 附 电 源 时 ， 该 接 线 柱 悬 空 )； 8-比 例 臂 ； 9-比 较 臂 。 实 验 内 容 思 考 题1. 引 线 电 阻 和 接 触 电 阻 是 否 会 带 来 系 统 误 差 ?结 合 实 验 结 果 作出 分 析 （ 例 如 ， 同 为 测 量 数 十 欧 的 电 阻 ， 哪 个 比 率 的 结 果 较好 ？ 哪 个 比 率 的 结 果 较 差 ？ 引 线 电 阻 和 接 触 电 阻 使 测 量 结 果偏 大 还 是 偏 小 ？ 提 示 ： 引 线 电 阻 和 接 触 电 阻 一 般 可 达 10-1量级 ）2. 用 惠 斯 登 电 桥 测 电 阻 ， 比 率 臂 电 阻 R1、 R2应 怎 样 选 取 才 能 保证 测 量 有 较 高 的 准 确 度 ？3. 电 桥 法 测 量 电 阻 的 原 理 是 什 么 ？ 如 何 判 断 电 桥 平 衡 ？4. 分 析 滑 线 变 阻 器 R n在 测 量 中 所 起 的 作 用 。