雙臂電橋測量低電阻(修)

PAGEPAGE1用惠斯頓電橋測量中等電阻時，忽略了導線電阻和接觸電阻的影響，但在測量1Ω以下的低電阻時，各引線的電阻和端點的接觸電阻相對被測電阻來說不可忽略，一般情況下，附加電阻約為10-5~10-2Ω。為避免附加電阻的影響，本實驗引入了四端引線法，組成了雙臂電橋（又稱為開爾文電橋）。這是一種常用的測量低電阻的方法，已廣泛的應用于科技測量中。【實驗目的】1、了解四端引線法的意義及雙臂電橋的結構；2、學習使用雙臂電橋測量低電阻；3、學習測量導體的電阻率?！緦嶒瀮x器】電流源、電流換向開關、檢流計開關、檢流計、待測電阻、可調(diào)低值標準電阻各一個，橋臂電阻四個，導線若干?！緦嶒炘怼?、四端引線法電阻的阻值范圍一般很大，可以分為三大類型進行測量。對于高值電阻（＞107Ω）的測量一般用兆歐表測量。測量中值電阻（10～106Ω），伏安法是比較容易的方法，惠斯頓電橋法是一種精密的測量方法。對于低值電阻（10Ω以下），若用惠斯登電橋或伏安法測量，由于連接導線的電阻和線柱的接觸電阻的影響（數(shù)量級為10-2～10-5Ω），結果會產(chǎn)生很大誤差，而接觸電阻是產(chǎn)生誤差的關鍵。實際上要減少接觸電阻和導線電阻的數(shù)值是不容易的，要解決問題只能從線路本身去著手。圖1為伏安法測電阻的線路圖，待測電阻RX兩側的接觸電阻和導線電阻分別用等效電阻r1、r2、r3、r4表示。由于電壓表的內(nèi)阻較大，因此r1和r4對測量的影響不大，而r2和r3與RX串聯(lián)在一起，因此實際上被測電阻應為r2+RX+r3。如果r2和r3阻值與RX為同一數(shù)量級，甚至超過RX，那么就不能用該電路來測量RX了。圖1伏安法測電阻圖2四端引線法測電阻若在測量電路的設計上改為如圖2所示的電路，將待測低電阻RX兩側的接點分為兩個電流接點C-C和兩個電壓接點P-P，C-C在P-P的外側。顯然電壓表測量的是P-P之間電阻兩端的電壓，消除了r2和r3對RX測量的影響。這種測量低電阻或低電阻兩端電壓的方法叫做四端引線法，廣泛應用于各種測量領域中。例如為了研究高溫超導體在發(fā)生正常超導轉變時的零電阻現(xiàn)象和邁斯納效應，必須測定臨界溫度Tc，正是用通常的四端引線法，通過測量超導樣品電阻R隨溫度T的變化而確定的。因此為了減小接觸電阻和接線電阻對測量結果的影響，在本實驗中使用的低值標準電阻設有四個端鈕C1、C2、P1和P2。2、雙臂電橋（開爾文電橋）原理如圖3所示，在惠斯登電橋中有十二根導線和A、B、C、D四個接點，其中A、C點到電源和B、D點到檢流計的導線電阻可并入電源和檢流計的內(nèi)阻里，對測量結果無影響，但橋臂的八根導線和四個結點會影響測量結果。在電橋中由于比較臂、可用阻值較高的電阻，因此與這兩個電阻相連的四根導線的電阻不會對測量結果帶來多大誤差，可以略去不計。由于待測電阻是一個低值電阻，比較臂也應是低值電阻，于是與、相連的導線和接點電阻就會影響測量結果。為了消除上述電阻的影響，我們采用圖4的電路，電路中為待測電阻，為標準電阻，、、、組成電橋雙臂電阻。它與圖2的惠斯登電橋相比較，不同點在于：圖3惠斯登電橋原理圖（1）橋的一端B接到附加電路C2BF上，、和、并列，故稱雙臂電橋。（2）C1、C2間為待測的低值電阻。連接時要用四個接頭，C1、C2稱為電流接點，位于電橋外。P1、P2稱為電壓接頭，位于電橋內(nèi)。