上傳人：t***

認(rèn)證信息

認(rèn)證類型：個人認(rèn)證

認(rèn)證主體：靳**（實名認(rèn)證）

IP屬地：天津

IP屬地：天津 上傳時間：2022-05-05 格式：DOCX 頁數(shù)：12 大?。?8.74KB 積分：18 舉報 版權(quán)申訴

1、精品文檔實驗3惠斯通電橋測量電阻常用伏安法和電橋法。由于伏安法測量中電表的內(nèi)阻會對測量帶來附加誤差，測量精度受到限制。電橋是用比較法測量電阻的儀器，電橋測量的特點是靈敏、準(zhǔn)確和使用方便。電橋分為直流電橋和交流電橋兩大類。電橋不但可以測量電阻、電容、電感，還可以通過測量傳感器的電阻變化，間接測量溫度、壓力、應(yīng)變、真空度和加速度等非電學(xué)量，所以被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)自動控制，非電量電測法中。直流電橋又可分為平衡電橋和非平衡電橋。平衡電橋采樣調(diào)節(jié)電橋平衡測量待測電阻值，主要用于測量處于穩(wěn)定狀態(tài)的物理量；非平衡電橋直接測量電橋的輸出，通過計算得到物理量的值，非平衡電橋主要用于測量處于變化狀態(tài)的物理量。本

2、實驗的惠斯通電橋為直流電橋，又名直流單臂電橋，主要用于測量中等數(shù)量級電阻（101C-106G量級），雖然它的這種功能在生產(chǎn)和科研的大多數(shù)場合中已被其他儀器（如萬用表）所取代，但是電橋 電路卻在自動檢測，自動控制等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因此，本實驗不僅是要學(xué)會組裝 電橋測量電阻，了解基本實驗方法一一平衡法和比較法，更重要的是通過測量電阻掌握調(diào) 整電橋平衡方法，從而了解平衡電橋的基本特性，為在自動控制以及檢測電路中應(yīng)用電橋 電路打下一個良好基礎(chǔ)。對于低電阻(10工建-101c量級)的測量，要考慮其接觸電阻、導(dǎo)線電阻的影響，應(yīng)使用開爾文電橋即直流雙臂電橋，對于高電阻(107夏量級)則可考慮用沖擊電流

3、計等方法。【實驗?zāi)康摹? .掌握惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)特點和測量電阻的原理。2 .練習(xí)按電路圖連接線路。3 .掌握調(diào)整電橋平衡的方法。圖1惠斯通電橋原理圖4 .研究電橋靈敏度。5 .學(xué)習(xí)系統(tǒng)誤差的分析方法，初步掌握消除和減小部分 系統(tǒng)誤差的方法?！緦嶒炘怼? .惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)及測量原理(1)惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)圖1是惠斯通橋的結(jié)構(gòu)圖。4個電阻R1, R2,R,Rx連成四邊形，稱為電橋的4個臂，其中R1,R2稱為比例臂，Rx為待 測臂，&為比較臂。四邊形的對角線 AB接上電源，稱為電橋的“電源對角線”，E為電源。四邊形的另一個對角線 CD連有檢流計，稱為“橋”，R呆護(hù)為阻值較大的可變電阻， 在

4、電橋不平衡時取大阻值保護(hù)檢流計，在電橋接近平衡時減少其阻值以提高檢流計的靈敏度，電橋平衡時取R保護(hù)等于零。(2)惠斯電橋處通電橋的測量原理。在圖1中，將電源接通后，當(dāng) C、D兩點之間的電位不相等時，橋路中的電流Ig #0,此時檢流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)C、D兩點之間的電位相等時，橋路中1g = 0,此時檢流計指針指零，這時我們稱于平衡狀態(tài)。當(dāng)電橋平衡時我們可以得到下列公式：IR /Q/rA =IqI R1 = I Rx，I R2 = I R0=-1 或者 Rx R2 = R0 Ri(1)(1)式即為惠斯通電橋的平衡方程。它說明，電橋平衡時，電橋相對臂電阻的乘積相等，這就是電橋的平衡條件。根據(jù)電橋

5、的平衡方程，Rx的計算式為_ Ri.Rx = Ro = KRo(2)R2(2)成為平衡電橋測量電阻的原理，其中 K =旦稱為比率值，這也是 R,R2稱為比R2例臂的原因。由于檢流計在測量過程中起判斷橋路有無電流的作用，只要檢流計有足夠的靈敏度來反映橋路電流的變化，則 Rx的測量結(jié)果與檢流計精度無關(guān)，Ri, R2,R0通常用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱，由于標(biāo)準(zhǔn)電阻可以制作得比較精密，所以利用電橋的平衡原理測電阻的準(zhǔn)確度可以很高， 大大優(yōu)于伏安法測電阻，這也是電橋應(yīng)用廣泛的一個重要原因。2 .電橋的靈敏度電橋是否達(dá)到平衡，是以橋路中有無電流來進(jìn)行判斷的，而橋路中有無電流又是以檢 流計的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)來確定的，但

6、檢流計靈敏度總是有限的，這就限制了對電橋是否 達(dá)到平衡的判斷。另外，檢流計指針偏轉(zhuǎn)小于0.2格時，很難察覺出指針的偏轉(zhuǎn)。一般來講檢流計指針有0.2格的偏轉(zhuǎn)人眼便可察覺。因此，引入電橋靈敏度問題。檢流計靈敏度定義為：電流變化量所引起的檢流計指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)An與電流變化量Ig的比值，即-n電橋相對靈敏度定義為：在處于平衡的電橋里，其測量臂電阻Rx有一個相對的變量生,則由此而引起的檢流計指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)An與型 的比值為:RxRxS相對RxRo(4)Rx電橋的相對靈敏度習(xí)慣又簡稱為電橋靈敏度，用S表不，S越大，說明電橋越靈敏。精品文檔(5)(6)BR2RoRxRg 2縣+0 J<R2Rx )卜面我們

7、討論影響 S的因素。將（3）式代入（4）式。"gS = Swf RxgRx因AI g和AR*變化很小，可用其偏微商形式表示S 二 S'R Rx 成利用基爾霍夫定律聯(lián)立方程，經(jīng)過必要的推導(dǎo)、整理、化簡，可以得到Sowf E由（7）式分析可知:（1）電橋靈敏度S與檢流計靈敏度 S檢流計成正比，檢流計靈敏度越局，則電橋的靈敏 度越高。（2）電橋靈敏度與電源電壓 E成正比，在確保橋臂電阻安全穩(wěn)定的前提下，可以通 過適當(dāng)提高電源電壓來提高電橋靈敏度。（3）電橋靈敏度隨四個橋臂電阻總阻值（R1 +旦+ & + Rx ）的增大而減小，隨著且十員 的增大而減小。橋臂電阻選得過大，將大

8、大降低電橋靈敏度，R1和R阻值相但Rx 1差太大，也會降低其靈敏度。精品文檔以上分析，對我們在實際工作中提高電橋靈敏度提供了理論依據(jù)。一般成品電橋為了 進(jìn)一步提高其測量靈敏度，通常都有外接檢流計與外接電源接線柱，以接入靈敏度更高的 檢流計或謹(jǐn)慎而適當(dāng)?shù)靥岣唠娫措妷骸?.惠斯通電橋存在的系統(tǒng)誤差討論Ri _(1)在本實驗中，Ri,R2,Ro均選擇0.1級的電阻箱，由公式 Rx =.Rg可得，由R2R,R2,Ro儀器誤差引起的測量 Rx的B類不確定度： 222222UbRx=RxE0=RxEriER2Ero=Rx. 0.1%0.1%0.1%即Ub(Rx )=0.17%Rx(8)(2)由于R0是B的

9、倒數(shù)，容易證明當(dāng) 旦=1時，N + R0有最小值，所以R1 = R2 RxR2R2R2Rx J時電橋靈敏度更高。R1,R2阻值選取一樣，也存在R1, &實際阻值不等，由此產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，可以通過交換 R0和Rx分別測量兩次的方法來消除，電橋平衡時兩次測得的R值分另1J記為R0, R0則 Rx =' R0, Rx =員 R r2R1所以Rx=JR0R7當(dāng)&為0.1級的電阻箱，由此引起的測量Rx的B類不確定度Ub (Rx 產(chǎn) Rx ERx ' Rx 'pR0p=Rx J(0.05%)2+(0.05%)2即RB(Rx )=0.071%Rx(10)(3) 一般檢

10、流計指針有 0.2格的偏轉(zhuǎn)我們才能夠觀察到，則由此而引起的 B類不確定度精品文檔精品文檔0.2(11)U 靈=-RS當(dāng)S為103量級，則U靈最大為U 靈=0.02%與（8）、（10）或比較，當(dāng)S優(yōu)于103時，可以不考慮靈敏度引起的系統(tǒng)誤差。（4）在實際運(yùn)用里，由于電橋橋臂中可能存在很小的寄生熱電勢，這樣一來，即使Ig =0,電橋也未必滿足平衡條件，消除這一系統(tǒng)誤差的方法是，改變電源E的方向，分別測量兩次，將得到 Rx值取平均。【實驗儀器】ZX21型電阻箱，檢流計，直流穩(wěn)壓電源，M-8308型數(shù)字萬用表、待測電阻?！緦嶒炚f明】1、電阻箱電阻箱是實驗室常用來獲得比較精確電阻值的可變電阻器，它由若干

11、個數(shù)值準(zhǔn)確的固 定電阻元件（用高穩(wěn)定鎰銅合金繞制）組合而成，并按一定的方式連接于轉(zhuǎn)換開關(guān)上，轉(zhuǎn) 動旋鈕即可得到不同阻值。電阻箱精度等級 a可分為0.02級、0.05級、0.1級、0.2級和0.5級5個級別。若電阻 箱讀數(shù)為R,則該儀器不確定度為儀=R a%電阻箱的額定功率：如果未特別標(biāo)明，則以 0.25W來計算其最大允許電流。例如，若使用100 c檔，則該檔電阻允許通過的最大電流為I max0.25w1 100,= 0.05A實驗室常用的ZX21型旋轉(zhuǎn)式電阻箱（0.1級，額定功率0.25w）各檔允許通過的最大電流計算于表1,長時間使用允許的額定電流約為最大允許電流的75%。使用時必須給予足夠的

12、重視。表1 ZX21型電阻箱最大允許電流與額定電流一覽表電阻檔(建)0.1110100100010000負(fù)載情況最大允許電流(A)1.60.50.160.050.0160.005短時間使用額定電流(A)1.20.40.120.040.0120.004長時間使用2 .檢流計檢流計是一個微定(uA)表，絕對不允許通過的電流太大，在本實驗中主要采取下列保護(hù)措施，首先把 R保護(hù)置于最大檔位，其次將電源電壓E調(diào)R呆護(hù)至很小，并把橋臂電阻選擇預(yù)置于接近平衡的參數(shù)，方可接通檢流計。電橋平衡后，將調(diào)至零，逐步提高電源電壓E。檢流計調(diào)零也是使用過程中必須經(jīng)常關(guān)注的。3 .數(shù)字萬用表。有關(guān)數(shù)字萬用表的詳細(xì)介紹，請

13、參見附錄。【預(yù)習(xí)思考題】1 .電橋靈敏度的定義是什么？實驗中是怎樣測量靈敏度的？影響電橋靈敏度的因素有哪些？2 .簡述調(diào)整電橋平衡的方法。【實驗內(nèi)容】1 .用數(shù)字萬用表適當(dāng)?shù)牧砍?，粗測待測電阻的阻值Rx。2 .按圖2所示的惠斯通電橋電路圖組裝惠斯通電橋，測量圖2惠斯通電橋測量電路待測電阻Rx的阻值，并同時測量電橋靈敏度。(1)檢流計調(diào)零。(2)電源E調(diào)至很小,0.1V-0.3V。3 3) R保護(hù)置于90000.00 ,檢流計量程置于“ 10NA”檔。4 4)按圖2所示連接測量電路，但特別注意與電源正極相 聯(lián)的導(dǎo)線暫不連接。5 5)按表2所給數(shù)據(jù)設(shè)定的 R1,R2的值，并根據(jù)Rx的粗測精品文檔精

14、品文檔精品文檔值及比率RL預(yù)置R0的值。R2（6）檢查無誤后，再最后連接電源正極。調(diào)整電橋平衡，測量Rx值，并同時測量電橋靈敏度，按下列方式進(jìn)行： 在上述工作的基礎(chǔ)上，調(diào)整R0 ,使電橋平衡。 逐步減小R保護(hù)，直至R保護(hù)=0,調(diào)整R0 ,使電橋平衡。 檢流計由“ 10NA”檔調(diào)到“ 1NA”檔，調(diào)整R0,使電橋平衡。 緩慢增加E的數(shù)值，適度調(diào)整R0 ,確保檢流計不超過量程， 將E調(diào)至5V,調(diào)整R0 , 使電橋平衡，記錄此時 R0的值。 從Ro最小位開始改變，直至檢流計指針的編轉(zhuǎn)格數(shù)An >5.0格（以檢流計最上邊一排刻度的最小分度為 1.0格），記錄下R0的改變量AR0以及檢流計相對平衡

15、位置時的偏 轉(zhuǎn)格數(shù)An。將E減小至0.1V-0.3V, R保護(hù)置于90000.g ,檢流計置于“ 10NA”檔，根據(jù)R1,R2值，預(yù)置R ,重復(fù)a -e。如此反復(fù)多次完成表 2的測量工作。調(diào)整過程也是逐步提高電 橋靈敏度的過程。表2測量待測電阻及電橋靈敏度E(V )R8)R28)R08)n（格）Rx(C)S5.01000.01000.01000.0100.0精品文檔100.01000.0100.0100.03.用惠斯通電橋交換法測量電阻Rx表3用交換法測待測電阻RxE(V)R(C)R°'B)RxQ)5.01000.01000.0100.0100.020.020.0【數(shù)據(jù)處理】

16、1 .用數(shù)字萬用表粗測待測電阻 Rx,計算B類不確定度，寫出標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式。2 .不同比率測量Rx,計算出Rx及Ua(Rx),利用(8)式得到Ub(Rx),Uc(Rx產(chǎn)"uA(Rx )+U；(Rx )寫出Rx標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式。 Ln3 .用公式S =,計算出靈敏度 S, S取兩位有效數(shù)子。 RoRo4 .交換法則Rx,計算出Rx及Ua(Rx ),利用(10)式得到Ub(Rx),Uc (Rx戶WA(Rx )+U；(Rx )寫出Rx標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式?！舅伎碱}】1 .從研究電橋靈敏度的實驗數(shù)據(jù)中，你能分析出有哪些因素影響著電橋的靈敏度？2 .在電橋平衡的調(diào)節(jié)過程中，你是如何依據(jù)檢流計指針的偏轉(zhuǎn)變化來調(diào)節(jié)比

17、較臂Ro ,使電橋趨于平衡的？3 .如果用電橋測一毫安表內(nèi)阻(量程 3mA,內(nèi)阻約為30C),應(yīng)該特別注意些什么？ 怎樣選擇參數(shù)，才能保證測量順利完成？精品文檔附錄M-8308型數(shù)字萬用表萬用表分機(jī)械式和數(shù)字式。機(jī)械式萬用表大多數(shù)通過離散的電學(xué)元件組成，利用線圈 在磁場中偏轉(zhuǎn)帶動指針指示物理量的大小。數(shù)字式萬用表大多數(shù)采用傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換來 測量物理量，通過發(fā)光二極管或液晶顯示屏顯示結(jié)果。萬用表可以測量直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電阻、二極管及三極管 的測試等。在電學(xué)實驗中萬用表可以用來判定線路故障，如電路沒接入電源，則可以用歐 姆檔測試導(dǎo)線是否斷裂；如電路有電源，則可以用電壓檔測

18、試有無電壓來判定線路故障。圖3是一種小型數(shù)字式萬用表M-8308型。在操作萬用表之前需要熟悉每一種控制，以避免使用不當(dāng)及減少測量錯誤、減小萬用表的損壞和人生傷害的可能性。1.盤的介紹 (1)功能及量程開關(guān)圖4中標(biāo)示1的部分是測量功能轉(zhuǎn)換及量程選擇的開關(guān)。這部分位于面板盤的中心。通過改變開關(guān)1的位置可以測量直流電壓、電阻、判定二極管極性、 測量三極管的放大倍數(shù)、測量10A的大電流、測量直流電流、測量交流電壓。在每一個功能中又可以轉(zhuǎn)換 量程。當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)到“ OFF”用于切斷電源，平時不用時 應(yīng)將開關(guān)扳到此以節(jié)約電源。(2)顯示面板盤標(biāo)示2的部分為測量值的顯示位置。(3)公共地端插座3為公共端用于接地(一般接萬用表的黑表筆)。(4)電壓、歐姆、毫安插座插座4和3用于測量電壓、電阻、電流(10A除外)。