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認(rèn)證類型：個人認(rèn)證

認(rèn)證主體：宋**（實名認(rèn)證）

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IP屬地：四川 上傳時間：2023-01-28 格式：DOCX 頁數(shù)：13 大?。?7.45KB 積分：12 舉報 版權(quán)申訴

清華大學(xué)實驗報告系別：機械工程系班號：72班姓名:車德夢（同組姓名：）作實驗日期2023年11月5日教師評估：實驗3.3直流電橋測電阻一、實驗?zāi)康蘑帕私鈫坞姌驕y電阻的原理，初步掌握直流單電橋的使用方法；（2）單電橋測量銅絲的電阻溫度系數(shù)，學(xué)習(xí)用作圖法和直線擬合法解決數(shù)據(jù)；（3）了解雙電橋測量低電阻的原理，初步掌握雙電橋的使用方法。（4）數(shù)字溫度計的組裝方法及其原理。二、實驗原理1.惠斯通電橋測電阻?；菟雇姌颍▎坞姌颍┦亲畛Ｓ玫闹绷麟姌?，如圖是它的電路原理圖。圖中與、必和R是已知阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻，它們和被測電阻尺連成一個四邊形，每一條邊稱作電橋的一個臂。對角A和C之間接電源E;對角B和D之間接有檢流計G,它像橋同樣。若調(diào)節(jié)R使檢流計中電流為零，橋兩端的B點和D點點位相等，電橋達(dá)成平衡，這時b=0.0495r=0.99997則銅絲的溫度系數(shù)為：ar=4.24*10-33.直流電橋測電阻及組裝數(shù)字溫度計E=(l+C)2/10C^a=2.406V實驗測得的數(shù)據(jù)如下:123456溫度t/℃47.052.556.561.165.870.0電壓4.745.275.676.136.597.01進(jìn)行擬和作圖得到(直線為線性擬和直線):966660-S96600=q6IOto*0-=K7?q+v=i五、誤差分析1.QJ—23型單電橋不擬定度計算使用QJ-23型單電橋在一定參考條件下（20。。附近、電源電壓偏離額定值不大于10%＞絕緣電阻符合一定規(guī)定、相對濕度40%?60%等），電橋的基本誤差極限用而可表達(dá)為”m=±（a%）（CR+奈）①在上式中C是比率值，R是測量盤示值。第一項正比與被測電阻值;第二項是常數(shù)項，Rn為基準(zhǔn)值，暫取R,為5OOOQ,作為實驗教學(xué)中一種假定的簡化解決。等級指數(shù)a重要反映了電橋中各標(biāo)準(zhǔn)電阻（比率臂C和測量臂R）的準(zhǔn)確度。等級指數(shù)a往往還與一定的測量范圍、電源電壓和檢流計的條件相聯(lián)系。。將各個電阻的測量結(jié)果代入上式中得：EIim|20Q=(a%)(CR+500C)=0.2%x(0.1xl244+500x0.1)=0.3488Elim|…=(a%)(CR+500C)=0.2%x(lxl025+500xl)=3.05耳淅|*mq=(々％)(以+500C)=0.5%x(10xll23+500xl0)=81.15|代360A。=(a%)(CR+500Q=0.5%x(100x3620+500x100)=2060Elim14200。=(。％)(以+500Q=0.2%X(0.1X1935+500x0.1)=0.487。若測量范圍或電源、檢流計條件不符合等級指數(shù)相應(yīng)的規(guī)定期，我們會發(fā)現(xiàn)電橋測量不夠“靈敏”，即電橋平衡后再改變(事實上等效地改變R)而檢流計卻未見偏轉(zhuǎn)。我們可將檢流計靈敏閾(0.2分格)所相應(yīng)的被測電阻的變化量叫做電橋的靈敏閾。&的改變量4可這樣測得:平衡后，將測量盤電阻R認(rèn)為地調(diào)偏到??+△/?,使檢流計偏轉(zhuǎn)/W分格(如2或1分格)，則按此比例關(guān)系再求出0.2分格所相應(yīng)得A,,B|J=0.2CA/?/Af/將各電阻的測量數(shù)據(jù)代入上式得：Aec=O.2CA7?/M=0.2x0.1x2/8=0.005Av|^im=0.2CA^/A6/=02x0.1x1/5=0.04Aio=0?2CA/?/M=0.2xl0x5/4=2.53/1?1IKSLAim=0?2CA/?/M=0.2xl00x3/3=20A=O.2CA7?/Nd-電橋的靈敏閾△，反映了平衡判斷中也許包含的誤差，其值既和電源及檢流計的參量有關(guān)，也和比率。及R,的大小有關(guān)?！?，愈大，電橋愈不靈敏。要減小可適當(dāng)提高電源電壓或外界更靈敏的檢流計。當(dāng)測量范圍及條件符合儀表說明書所規(guī)定的規(guī)定期，不大于用加的幾分之一,可不計的影響，這時①式中的第二項已包含了靈敏閾的因素；假如不是這樣，則從下式得出測顯結(jié)果的不擬定度：八6=J琮m+及s將上面計算得到的結(jié)果帶入式中可得：△roH20o==Vo.34882+O.OO52=0.34883A,VI…=信7k=V3.052+0.042=3.05026金』=V81.152+2.52=81.19金』心36。由=g+△：=a/20602+202=2060.097△&.R-200C1=n1所以，各個電阻用式(4=CR土As)/。表達(dá)為：馬=CR土金=(124.4±0.3)。Ra2=CR+Ak=(1025±3)QR「CR土八r=(1.123±0.008)x104QRx4=CR+Ar=(3.62±0.02)x105QRx5=CR+Ak=(193.5±0.5)Q.。單電橋測銅絲的電阻溫度系數(shù)的誤差分析，本實驗重要的誤差存在于系統(tǒng)平衡態(tài)不好擬定這方面，實驗中規(guī)定在測量溫度和電阻時銅絲及其所處的環(huán)境必須是平衡狀態(tài)，這一點很難通過人工調(diào)節(jié)達(dá)成，因此實驗中的這部分誤差是很難消除的。至于實驗人員測量中的偶爾誤差，可以通過多次測量取平均值的方法來消除。運用直線擬和的方式，可以減小實驗誤差，使測量值較為精確。.。分析。、&不準(zhǔn)確對實驗結(jié)果的影響：。由公式,可見，當(dāng)a值偏大時,計算得到的E值會偏小，則實驗調(diào)整得電壓ElOCa偏小，以至于實驗中測得的電壓q也會偏小，導(dǎo)致最后組裝出來的溫度計的示值要比實際值偏小;若a偏小時，則其對實驗的影響結(jié)果相反。而當(dāng)凡測得的值偏大時，由公式R=&計算的到的R值也會偏大,以至于實驗中的電橋電阻值R會偏大，這樣會導(dǎo)致測量C得到的S值偏小，最后的溫度計示值會比實際值偏小。六、總結(jié)與思考.惠斯通電橋E、G互易的實驗方法的啟示實驗中巧妙地將E與G的位置互換，達(dá)成了減小測量誤差的目的。這一實驗方法告訴我們，研究事物的發(fā)展與變化規(guī)律時，不能局限于一種或幾種研究策略，我們可以在原有的方式方法中，通過巧妙地修正與發(fā)明來達(dá)成前人未曾達(dá)成的研究效果。.有平衡橋到非平衡橋，再到數(shù)字溫度計通過惠更斯平衡電橋的原理，我們總結(jié)出了測量未知電阻的一種方法，也可以說是一種通過比較法測電阻的方式。但是，我們可以看到，當(dāng)電橋兩側(cè)的電阻值差距較大時，我們不可以準(zhǔn)確的測出相應(yīng)的電阻值，而這樣的情況在實際情況下經(jīng)常發(fā)生，因此我們需要思考和發(fā)現(xiàn)新的測量思緒。通過改變E與G的位置，我們巧妙地實現(xiàn)了對測量準(zhǔn)確度的提高，這充足體現(xiàn)了物理研究中,通過實驗驗證原理，通過實驗發(fā)現(xiàn)問題，再通過發(fā)明和思維修正實驗方式，最后通過實驗再次驗證我們的修正的有效性。而只是單純的可以進(jìn)行電阻測量，并不是我們的最終目的，通過比較觀測，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)銅電阻絲阻值與溫度的關(guān)系可以使我們的測阻器與溫度計聯(lián)系起來，通過度析與思考，我們終于制成了數(shù)字溫度計。這個思維過程，充足體現(xiàn)了實驗研究中的學(xué)科交叉與互用的思想。在研究中，我們不能局限于一個領(lǐng)域、一類方法的應(yīng)用,正所謂“它山之石，可以攻玉”，通過不斷的學(xué)科交融與實踐總結(jié),以達(dá)成是科學(xué)研究為人類做出最大奉獻(xiàn)的目的?？傻肐\R=I?RX,“禺=1小?兩式相除可得R、=&R

R,只要檢流計足夠靈敏，等式就能相稱好地成立，被測電阻值凡可以僅從三個標(biāo)準(zhǔn)電阻的值來求得，而與電源電壓無關(guān)。這一過程相稱于把尺和標(biāo)準(zhǔn)電阻相比較，因而測量的準(zhǔn)確度較高。。單電橋的實際線路如圖所示：將尺2和用做成比值為C的比率臂，則被測電阻為&=CR。其中C=/?//?一共分7個檔,0.001?1000,R為測量臂，由4個十進(jìn)位的電阻盤組成。圖中電阻單位為。。.銅絲電阻溫度系數(shù)任何物體的電阻都與溫度有關(guān)，多數(shù)金屬的電阻隨文的升高而增大，有如下關(guān)系式：鳥=/?0（1+卬）式中耳、R0分別是t、0℃時金屬絲的電阻值；是電阻溫度系數(shù)，單位是(℃一1)。嚴(yán)格地說，?；鹨话闩c溫度有關(guān)，但對本實驗所用的純銅絲材料來說，在-50C~100℃的范圍內(nèi)Or的變化很小，可當(dāng)作常數(shù)，即R,與/呈線性關(guān)系。于是R〔_R。aR=-RJ運用金屬電阻隨溫度變化的性質(zhì)，可制成電阻溫度計來測溫。例如伯電阻溫度及不僅準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，并且從-263cli00℃都能使用。銅電阻溫度計在-50℃“100℃范圍內(nèi)因其線性好,應(yīng)用也較廣泛。.雙電橋測低電阻。用下圖所示的單電橋測電阻時，被測臂上引線人、乙和接觸點X2等處都有一定的電阻，約為10一2。~10—^量級。這些引線電阻和接觸電阻與待測的R、串聯(lián)在一起，對低值電阻的測量影響很大。為減小它們的影響,在雙電橋中作了兩處明顯的改善：(1)被測電阻和測量盤電阻均采用四端接法。四端接法示意圖如下圖中G、G是電流端，通常接電源回路，從而將這兩端的引線電阻和接觸電阻折合到電源回路的其他串聯(lián)電阻中；R、乙是電壓端,通常接測量用的高電阻回路或電流為零的補償回路，從而使這兩端的引線電阻和接觸電阻對測量的影響相對減小了。(2)如下圖:雙電橋中增設(shè)了兩個臂用和/?2,其阻值較高。流過檢流計G的電流為零時，電橋達(dá)成平衡,于是可以得到以下三個方程八/?+/2宿=/內(nèi)/2（/?2+/?；）=（Z3-Z2）r上式中各量的意義相應(yīng)地與上圖中的符號相相應(yīng)。解這三個方程可得：&=里…如但一叫①R\R|+&+尸INR-雙電橋在結(jié)構(gòu)設(shè)計上盡量做到/?2/凡=A/R，并且盡量今小電阻一，因此可得R、=&R耳同樣，在儀器中將做成比率臂，則Rx=CR②這樣，電阻/?和（的電壓端附近附加電阻（即兩端的引線電阻和接觸電阻）由于和高阻值臂串聯(lián)，其影響減小了;兩個外側(cè)電流端的附加電阻串聯(lián)在電源回路中，其影響可忽略;兩個內(nèi)側(cè)電流的附加電阻和小電阻/?相串聯(lián)，相稱于增大了①式中的，其影響通常也可忽略。于是只要將被測低電阻按四端接法接入雙電橋進(jìn)行測量，就可像單電橋那樣用②來計算了。.直流電橋測電阻及組裝數(shù)字溫度計（1）非平衡電橋一般平衡電橋測電阻，多是以檢流計G為平衡指示器，而非平衡電橋則是將檢流計G去掉，通過測量其兩端的電壓U,來擬定電阻,如下圖所示：。假如電源后一定,當(dāng)某橋臂待測電阻與（如金屬熱電阻、電阻應(yīng)變片、光敏電阻等）發(fā)生變化時，非平衡電橋的輸出電壓Ut也發(fā)生變化。。非平衡電橋的輸出電壓公式為U,—③+&r+rJ。一般來說U,與t的關(guān)系不是線性的,為了組裝數(shù)字溫度計，適本地選擇電橋參數(shù)（曷、/?2、R和E）,使其非線性項誤差很小，在一定的溫度范圍內(nèi)呈近似線性關(guān)系。這就是線性化設(shè)計。（2）互易橋。為簡樸起見，我們運用現(xiàn)有的QJ-23型惠斯通電橋改裝成非平衡橋，用銅絲電阻作感溫元件,阻值約200。用惠斯通電橋測量時一般會選C=0.01，將R置于2000Q,由該電橋線路知，此時R?hIOQ,為B1000。，這樣的阻值配比U,測量誤差較大，不能滿足線性化設(shè)計的規(guī)定?，F(xiàn)在我們巧改惠斯通電橋，將電源E和檢流計G互易位置，這樣橋臂阻值之間的關(guān)系，就較為合理。為討論方便，將這種電源E,檢流計G互換的惠斯通電橋稱之為互易橋。將G再換成mV表，就改成互易了的非平衡橋，用它測量4誤差就會減小。(3)線性化設(shè)計。欲組裝一個溫度范圍在0-100C的銅電阻數(shù)字溫度計，必須將S?t的關(guān)系線性化，當(dāng)采用量程為19.999mV的4」數(shù)字電壓表來顯示溫度值時，規(guī)定顯示值：2TOC\o"1-5"\h\zUl=^-t(mV)④當(dāng)溫度t=o℃時，U0=O〃?V,此時互易橋為平衡橋有：-^=C,&=c或R=&&RC式中R。為0C時銅絲電阻值，R為測量鴨電阻,對銅電阻來說,在0?10()℃范圍內(nèi)均與，市線性關(guān)系：q=/?。(1+或),這樣③式可改寫為：\o"CurrentDocument"U,=E(—J]⑤I11+C1+C(1+mJ考慮到本實驗中選。=0.01VV1,銅電阻溫度系數(shù)。?10一3/七，則⑤式還可以進(jìn)一步簡化為：ECaU=":/十八.⑥(1+C)2△U為非線性誤差項。忽略AU后，比較④、⑥得：-。+。)2lOCa。至此，已完畢了線性化設(shè)計，選擇電橋參數(shù)C=0.01,R=&,E=(1+C)"就可以用非平Ci0Ca衡橋組裝成數(shù)字溫度計,4=-!-，+△(/(mV)o三、實驗環(huán)節(jié).惠斯通電橋測電阻（1）熟悉電橋結(jié)構(gòu)，預(yù)調(diào)檢流計零點。（2）測不同量級的待測電阻值（其中有一個感性電阻），根據(jù)被測電阻的標(biāo)稱值（即大約值），一方面選定比率C并預(yù)置測量盤;接著調(diào)節(jié)電橋平衡而得到讀數(shù)C和R值，并注意總結(jié)操作規(guī)律;然后測出偏離平衡位置M分格所需的測量盤示值變化A/L以便計算靈敏閾。（3）根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)計算測量值CR,分析誤差，最后給出各電阻的測量結(jié)果。.單電橋測銅絲的電阻溫度系數(shù)1）測量加熱前的水溫及銅絲電阻值。（2）從氣勢溫度升溫，每隔5℃?6C左右測一次溫度t及相應(yīng)的阻值R,o（3）注意摸索控制待測銅絲溫度的方法。規(guī)定在大體熱平衡（溫度計示值基本不變）時進(jìn)行測量。（4）測量后用計算機進(jìn)行直線擬合來檢測數(shù)據(jù)。假如每次都在大體熱平衡時測量，則｛t｝和｛4｝直線擬合的相關(guān)系數(shù)應(yīng)當(dāng)在r=0.999以上。.雙電橋測低電阻。測量一根金屬絲的電阻或一根銅棒的電阻率。注意低電阻的四端接法。實驗中要記下待測低電阻的編號，雙電橋的編號、測量范圍和準(zhǔn)確度等級。.直流電橋測電阻及組裝數(shù)字溫度計（1）將QJ-23型惠斯通電橋改裝成互易橋（必須關(guān)掉電源后再操作）。電源E接到原電橋的G的“外接”端（此時金屬片必須將“內(nèi)接”兩端短路并擰緊），將數(shù)字電壓表接到原電橋的B端。（2）按所選的電橋參數(shù)