惠斯通电桥 实验
惠斯通电桥实验报告

惠斯通电桥实验报告在物理学中,实验是非常重要的一环。
理论知识的积累只是物理学研究的一方面,而真正的实验才是验证理论的重要手段。
今天,我将分享一篇关于惠斯通电桥实验的报告,希望能够对大家的物理学习有所帮助。
1. 惠斯通电桥实验简介惠斯通电桥实验是一种通过计算电阻值的方法来测量未知电阻的实验方法。
该实验利用了维亚纳和基尔霍夫电路理论,用四个电阻相等的电阻器和一个变阻器组成的电桥进行测量。
2. 实验装置及操作步骤该实验的基本装置包括四个电阻相等的电阻器和一个变阻器组成的电桥。
操作步骤如下:(1) 将变阻器连接到电桥的两个端点之间。
(2) 将待测电阻器接入电桥中。
(3) 改变变阻器的阻值,使得电桥两个平衡点电压相等。
(4) 记录下此时变阻器的阻值。
3. 实验结果分析通过直接改变变阻器的阻值,使得电桥两边电压相等,我们可以得到实验测量的未知电阻值。
在实验中,我们可以根据电桥平衡时的电阻值进行计算,从而得到待测物体的电阻值。
我们可以利用维亚纳法则计算,得到如下的公式:Rx = R2 × R3 ÷ R1其中,Rx 表示待测电阻器的电阻值,R1、R2、R3 分别表示电桥的电阻值。
4. 实验误差分析在实验中,可能会出现一些误差,如电桥上的电缆接触不良、电桥没有完全平衡、电桥电阻器内部电阻漂移等。
这些误差都会影响实验结果的准确性。
为了确保实验的准确性,我们需要在操作中尽量减少这些误差的影响。
5. 结论通过惠斯通电桥实验,我们能够测量出未知电阻的电阻值。
在实验过程中,我们需要注意实验误差对实验结果造成的影响,以确保实验结果的准确性。
通过这种实验方法,我们可以更好地理解维亚纳法则和基尔霍夫电路理论,加深对电路的理解,提高实验操作能力。
总之,惠斯通电桥实验是一种很好的实验方法,能够帮助我们更好地理解电路理论和提高实验操作能力。
希望这篇报告对大家的学习有所帮助。
惠斯通电桥

电桥法测电阻是将被测电阻和已知电阻进行比较(比较法) ,因而测量精度取决于已知电阻。
四、实验原理
➢2. 电桥灵敏度
在实验中,电桥平衡与否是根据“桥”上检流计有无偏转来判断的。然而检流计的灵敏度是有限的。 若R0改变 值,检流计的指针偏离平衡位置 格,则定义
二、实验目的
➢1. 掌握惠斯通电桥测量电阻的原理和方法。 ➢2.了解电桥灵敏度的概念,学习用交换法减小和修正测量误差。
三、实验仪器
➢1. 直流电阻电桥。 ➢2. 直流稳压电源、检流计、可调电阻箱。 ➢3. 待测电阻、滑线式变阻器、单刀双掷开关、万用表、导线等。
四、实验原理
➢1. 电桥工作原理
惠斯通电桥工作原理如右图所示。四个电阻 R1、R2、Rx、R0称为电桥的四个臂,组成一个四边 形ABCD,对角B和D之间连接检流计G,构成“桥”, 一般情况BD两点电位不相等,接通“桥”时检流 计有电流通过,调节R1、R2、R0的阻值,使BD两 点电位相等,此时再接通“桥”时,检流计G指零, 电桥达到了平衡状态,此时有
➢6.用滑线式电桥分别测出Rx1、Rx2、Rx3的阻值,每次测量重复6次。
六、注意事项
➢1. 倍率K确定后,R1和R2的选取不能太小,以免电路中有较大电 流通过,造成电学元件损坏。
➢2. 为了提高电桥灵敏度,在滑线式电桥中,除选用灵敏度高的检 流计外还可适当增加工作电压。
➢4. 逐步把R的阻值调到最小,同时调节R0的值,使检流计的指针 重新指零。记录此时R0的值。
五、实验步骤
➢ 5.为了消除各接点间的接触电阻、连接电阻和电阻丝不均匀所造 成的误差,须将待测电阻Rx与电阻R0 互换,保持触点的位置不变 (L1和L2值不变),重复步骤(3)和(4),记录此时的R0的阻值为 。
用惠斯通电桥测电阻实验报告

用惠斯通电桥测电阻实验报告
实验名称:用惠斯通电桥测电阻实验报告
实验目的:通过使用惠斯通电桥测量未知电阻的阻值。
实验器材:
1. 惠斯通电桥装置
2. 未知电阻
3. 外部电源
实验原理:
惠斯通电桥是一种用来测量电阻值的精确仪器。
它由四个电阻构成的电路组成,包括一个未知电阻和三个已知电阻。
当桥平衡时,电桥上的电流为零,此时未知电阻和已知电阻之间存在一个平衡条件。
通过改变已知电阻的值,通过观察平衡条件的变化,可以计算出未知电阻的阻值。
实验步骤:
1. 将惠斯通电桥装置连接到外部电源上。
2. 将未知电阻接入电桥的两个对角线上。
3. 调节已知电阻的值,以使电桥平衡。
4. 观察平衡时已知电阻的数值,并记录下来。
5. 根据平衡条件的变化,计算出未知电阻的阻值。
实验结果及数据处理:
根据实验步骤中记录下来的已知电阻的值,结合平衡条件的变化,通过计算可以得出未知电阻的阻值。
实验讨论及结论:
通过使用惠斯通电桥测电阻实验,我们成功地测量了未知电阻的阻值。
该实验方法具有较高的精确度和重复性。
通过此实验,我们认识到惠斯通电桥可以用于准确测量电阻值,并且可以通过改变已知电阻的值来调节条件,从而测量不同范围的电阻值。
惠斯通电桥实验原理

惠斯通电桥实验原理惠斯通电桥实验是一种用于测量电阻的实验方法,由英国物理学家惠斯通于1843年发明。
它的主要原理是利用电桥的平衡条件来测量未知电阻值。
本文将详细介绍惠斯通电桥实验的原理和应用。
一、惠斯通电桥实验原理惠斯通电桥实验由四个电阻组成的电路组成,如图1所示。
其中,R1、R2为已知电阻,R3为待测电阻,R4为可变电阻,E为电源。
当电桥平衡时,有如下公式:R1/R2 = R3/R4其中,R1、R2、R4为已知电阻,R3为待测电阻。
通过改变R4的值,使电桥平衡,再根据公式计算R3的值,就可以测量出待测电阻的电阻值。
图1 惠斯通电桥实验电路二、惠斯通电桥实验的应用1.测量电阻值惠斯通电桥实验是用于测量电阻值的常用方法。
通过改变可变电阻R4的值,使电桥平衡,可以测量出待测电阻R3的电阻值。
这种方法比直接测量电阻值更为精确,特别适用于较小电阻值的测量。
2.测量电容值惠斯通电桥实验也可以用于测量电容值。
这时,电桥电路中的电阻要换成电容,如图2所示。
通过改变可变电容C4的值,使电桥平衡,可以测量出待测电容C3的电容值。
这种方法比直接测量电容值更为精确。
图2 惠斯通电桥实验测量电容电路3.测量电感值惠斯通电桥实验还可以用于测量电感值。
这时,电桥电路中的电阻要换成电感,如图3所示。
通过改变可变电感L4的值,使电桥平衡,可以测量出待测电感L3的电感值。
这种方法比直接测量电感值更为精确。
图3 惠斯通电桥实验测量电感电路三、惠斯通电桥实验的优缺点1.优点惠斯通电桥实验具有测量精度高、测量范围宽、操作简单等优点。
特别是对于较小电阻值、电容值、电感值的测量,比直接测量更为精确。
2.缺点惠斯通电桥实验的缺点是需要使用相对较高精度的电阻、电容、电感等元件。
另外,实验过程中需要进行多次调节,比较费时。
四、结语惠斯通电桥实验是一种常用的电阻、电容、电感测量方法,具有测量精度高、测量范围宽、操作简单等优点。
通过本文的介绍,希望读者能够更好地了解惠斯通电桥实验的原理和应用。
惠斯通电桥实验原理

惠斯通电桥实验原理一、引言惠斯通电桥实验是电工学中一种常见的实验方法,它通过建立一个电桥电路,利用电桥平衡条件来测量未知电阻的方法。
本文将介绍惠斯通电桥实验的原理及其应用。
二、惠斯通电桥的组成惠斯通电桥由四个电阻组成,分别为R1、R2、R3和R4。
其中,R1和R2相互连接,形成一个电阻串联;R3和R4也相互连接,形成另一个电阻串联。
这两个电阻串联再并联,形成一个闭合的电桥电路。
三、平衡条件当电桥电路达到平衡状态时,电桥中的电流为零。
平衡条件可以通过以下公式来表示:R1/R2 = R3/R4四、实验步骤1. 首先,将已知电阻R2和未知电阻Rx连接到电桥的两个相邻端点,将电阻R1连接到电桥的一端,将电阻R3连接到电桥的另一端。
2. 调节电阻R4的阻值,使电流表示的电流为零。
这时,电桥达到平衡状态。
3. 根据平衡条件公式,可以计算出未知电阻Rx的阻值。
五、实验原理惠斯通电桥实验的原理基于电桥平衡条件。
当电桥电路中的电流为零时,可以认为桥路中的电势差为零。
根据欧姆定律,电势差为零意味着电桥电路中各个电阻上的电压相等。
因此,电桥电路中的电压平衡条件可以表示为:U1 = U2其中,U1为电阻R1和R2之间的电压,U2为电阻R3和R4之间的电压。
根据欧姆定律,电压和电阻之间的关系可以表示为:U1 = R1 * IU2 = R3 * I其中,I为电流强度。
因此,平衡条件可以表示为:R1 * I = R3 * I当电流为零时,平衡条件可以进一步简化为:R1 = R3根据电桥电路的连接方式,可以推导出平衡条件公式为:R1/R2 = R3/R4六、应用领域惠斯通电桥实验在电工学中有广泛的应用。
其中,最常见的应用是用于测量未知电阻的阻值。
通过调节电桥电路中的已知电阻,使电桥达到平衡状态,可以准确测量未知电阻的阻值。
除了测量电阻,惠斯通电桥实验还可以用于测量其他物理量,如电容和电感。
通过调节电桥电路中的已知电容或电感,使电桥达到平衡状态,可以测量未知电容或电感的数值。
惠斯通电桥实验报告

云南农业大学 物 理 实 验 报 告实验名称:惠斯通电桥测量电阻一、实验目的(1)了解惠斯通电桥的构造和测量原理。
(2)掌握用惠斯通电桥测电阻的方法。
(3)了解电桥灵敏度的概念及其对电桥测量准确度的影响。
二、实验仪器滑线式电桥,箱式电桥,检流计,电阻箱,滑动电阻器,待测电阻,电源,开关,导线等。
三、实验原理:1.惠斯通电桥的测量原理如图1所示,由已知阻值的三个电阻R 0、R 1、R 2和一个待测电阻R x 组成一个四边形,每一条边称为电桥的一个臂,在对角A 、B 之间接入电源E ,对角C 、D 之间接入检流计G 。
适当调节R 0、R 1、R 2的阻值,可以使检流计G 中无电流流过,即C 、D 两点的电势相等,电桥的这种状态称为平衡态。
电桥的平衡条件为1002x R R R KR R == (1)式中比例系数K 称为比率或倍率,通常将R1、R2称为比率臂,将R0称为比较臂。
2.电桥的灵敏度式(1)是在电桥平衡的条件下推导出来的,而电桥是否达到真正的平衡状态,是由检流计指针是否有可察觉的偏转来判断的。
检流计的灵敏度是有限的,当指针的偏转小于0.1格时,人眼就很难觉察出来。
在电桥平衡时,设某一桥臂的电阻是R ,若我们把R 改变一个微小量ΔR ,电桥就会失去平衡,从而就会有电流流过检流计,如果此电流很小以至于我们未能察觉出检流计指针的偏转,我们就会误认为电桥仍然处于平衡状态。
为了定量表示检流计的误差,我们引入电桥灵敏度的概念,它定义为nS R R∆=∆(2)式中,ΔR 为电桥平衡后电阻R 的微小改变量,Δn 为电阻R 变化后检流计偏离平衡位置的格数,所以S 表示电桥对桥臂电阻相对不平衡值ΔR /R 的反应能力。
3.滑线式惠斯通电桥滑线式惠斯通电桥的构造如图2所示。
A 、B 、C 是装有接线柱的厚铜片(其电阻可以忽略),A 、B 之间为一根长度为L 、截面积和电阻率都均匀的电阻丝。
电阻丝上装有接线柱的滑键可沿电阻丝左右滑动,按下滑键任意触头,此时电阻丝被分成两段,设AD 段的长度为L 1、电阻为R 1,DB 的长度为L 2、电阻为R 2,因此当电桥处于平衡状态时,有111000221x R L L R R R R R L L L ===- (3)式中,L 1的长度可以从电阻丝下面所附的米尺上读出,R 0用一个十进制转盘式电阻箱作为标准电阻使用。
惠斯通电桥测电阻实验报告

惠斯通电桥测电阻实验报告一、实验目的与原理1.1 实验目的本次实验的主要目的是通过惠斯通电桥测量电阻,了解电桥的基本原理和应用,掌握测量电阻的方法和技巧。
通过实验加深对电路理论知识的理解,提高动手实践能力。
1.2 实验原理惠斯通电桥是一种基于基尔霍夫电压定律的精密测量电阻的电路。
它由四个电阻组成,分别为R1、R2、R3和R4,其中R1和R3相等,R2和R4相等。
当电源接通时,电路中会产生一个电势差,使得桥臂上的电压相等。
根据基尔霍夫电压定律,我们可以得到以下方程:(V1 V2) / R1 = (V3 V4) / (R2 R3)解这个方程,我们可以得到未知电阻Rx的值。
需要注意的是,由于电源内阻、导线电阻等因素的影响,实际测量时需要进行一定的校正。
二、实验器材与方法2.1 实验器材本次实验所需的器材有:惠斯通电桥电路、电源、万用表、导线等。
其中,惠斯通电桥电路由四个电阻组成,电源为直流电源,万用表用于测量电压和电阻,导线用于连接电路。
2.2 实验方法1) 将惠斯通电桥电路按照图示连接好,注意连接处要接触良好,防止短路现象的发生。
2) 打开电源开关,调节电源电压,使其处于合适的范围。
通常情况下,电源电压应保持在5V左右。
3) 用万用表分别测量桥臂上的电压,记录下测量结果。
由于电源内阻和导线电阻的影响,我们需要进行一定的校正。
具体方法如下:a) 将万用表的量程调整为电压档位,选择合适的量程。
例如,如果测量范围为0-10kΩ,则将量程设置为0-10kΩ。
b) 用万用表测量R1和R2之间的电压V1和V2,记录下测量结果。
同样地,测量R3和R4之间的电压V3和V4,记录下测量结果。
c) 根据上述测量结果,计算出桥臂上的总电压V:V = V1 + V3 = V2 + V4。
d) 接下来,用万用表测量未知电阻Rx与其他已知电阻之间的电压差分压,例如:URx = (Vx V1) / (Rx R1),UR4 = (V4 V3) / (R4 R3)。
惠斯通电桥测实验报告

惠斯通电桥测实验报告惠斯通电桥测实验报告引言:在物理学中,电桥是一种常用的实验仪器,用于测量电阻和电导率。
惠斯通电桥是其中最常见的一种。
本实验旨在通过使用惠斯通电桥来测量未知电阻的值,并探讨电桥的原理和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是通过使用惠斯通电桥来测量未知电阻的值,并了解电桥的工作原理和应用。
二、实验原理惠斯通电桥是由英国物理学家惠斯通于19世纪中叶发明的。
它基于电桥平衡条件,即在电桥的四个电阻中,当两个对角线上的电阻比例相等时,电桥平衡。
当电桥平衡时,通过测量电桥的电流和电压,可以计算出未知电阻的值。
三、实验步骤1. 将惠斯通电桥连接好,确保电路没有短路或开路的情况。
2. 调节电桥上的可调电阻,使电桥平衡。
这可以通过调节电阻的大小或改变电桥上其他电阻的值来实现。
3. 记录下平衡时的电流和电压值。
4. 重复上述步骤,使用不同的未知电阻进行测量。
四、实验结果与分析通过实验测量得到的电流和电压值,可以计算出未知电阻的值。
根据惠斯通电桥的原理,当电桥平衡时,两个对角线上的电阻比例相等。
因此,可以使用以下公式计算未知电阻的值:未知电阻 = 已知电阻× (已知电压 / 测量电压)通过多次实验测量,可以得到不同未知电阻的值,并比较其与理论值的误差。
如果实验结果与理论值相差较小,则说明实验结果较为准确。
五、实验应用惠斯通电桥在实际应用中具有广泛的用途。
它可以用于测量电阻、电导率和电容等物理量。
在电子工程和电路设计中,电桥可以用于校准电阻器、测量电路的稳定性和精确度。
此外,电桥还可以用于检测电路中的故障和损坏部件。
六、实验总结通过本次实验,我们深入了解了惠斯通电桥的原理和应用。
通过测量未知电阻的值,我们验证了电桥的准确性和精确度。
电桥作为一种常用的实验仪器,在物理学和工程学领域具有重要的地位和应用前景。
在今后的学习和实践中,我们将进一步探索电桥的其他应用,并不断提高实验技能和数据处理能力。
结语:惠斯通电桥是一种常见的实验仪器,用于测量电阻和电导率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
实验3 惠斯通电桥测量电阻常用伏安法和电桥法。
由于伏安法测量中电表的内阻会对测量带来附加误差,测量精度受到限制。
电桥是用比较法测量电阻的仪器,电桥测量的特点是灵敏、准确和使用方便。
电桥分为直流电桥和交流电桥两大类。
电桥不但可以测量电阻、电容、电感,还可以通过测量传感器的电阻变化,间接测量温度、压力、应变、真空度和加速度等非电学量,所以被广泛应用于现代工业自动控制,非电量电测法中。
直流电桥又可分为平衡电桥和非平衡电桥。
平衡电桥采样调节电桥平衡测量待测电阻值,主要用于测量处于稳定状态的物理量;非平衡电桥直接测量电桥的输出,通过计算得到物理量的值,非平衡电桥主要用于测量处于变化状态的物理量。
本实验的惠斯通电桥为直流电桥,又名直流单臂电桥,主要用于测量中等数量级电阻(161010Ω-Ω量级),虽然它的这种功能在生产和科研的大多数场合中已被其他仪器(如万用表)所取代,但是电桥电路却在自动检测,自动控制等多个领域得到广泛应用。
因此,本实验不仅是要学会组装电桥测量电阻,了解基本实验方法——平衡法和比较法,更重要的是通过测量电阻掌握调整电桥平衡方法,从而了解平衡电桥的基本特性,为在自动控制以及检测电路中应用电桥电路打下一个良好基础。
-Ω-Ω量级)的测量,要考虑其接触电阻、导线电阻的影响,应对于低电阻(611010使用开尔文电桥即直流双臂电桥,对于高电阻(710Ω量级)则可考虑用冲击电流计等方法。
【实验目的】1. 掌握惠斯通电桥的结构特点和测量电阻的原理。
2. 练习按电路图连接线路。
3. 掌握调整电桥平衡的方法。
4. 研究电桥灵敏度。
5. 学习系统误差的分析方法,初步掌握消除和减小部分系统误差的方法。
【实验原理】1. 惠斯通电桥的结构及测量原理 (1)惠斯通电桥的结构图1是惠斯通桥的结构图。
4个电阻120,,,x R R R R 连成四边形,称为电桥的4个臂,其中12,R R 称为比例臂,x R 为待测臂,0R 为比较臂。
四边形的对角线AB 接上电源,称为电桥的“电源对角线”,E 为电源。
四边形的另一个对角线CD 连有检流计,称为“桥”,R 保护为阻值较大的可变电阻,在电桥不平衡时取大阻值保护检流计,在电桥接近平衡时减少其阻值以提高检流计的灵敏度,电桥平衡时取R 保护等于零。
(2)惠斯电桥处通电桥的测量原理。
在图1中,将电源接通后,当C 、D 两点之间的电位不相等时,桥路中的电流0g I ≠,此时检流计的指针发生偏转,当C 、D 两点之间的电位相等时,桥路中0g I =,此时检流计指针指零,这时我们称于平衡状态。
当电桥平衡时我们可以得到下列公式:120120120,,,x x R R R x R R R R R I R I R I R I R I I I I ====于是102x R R R R =或者201x R R R R =(1)(1)式即为惠斯通电桥的平衡方程。
它说明,电桥平衡时,电桥相对臂电阻的乘积相等,这就是电桥的平衡条件。
根据电桥的平衡方程,x R 的计算式为1002x R R R K R R == (2)图1 惠斯通电桥原理图(2)成为平衡电桥测量电阻的原理,其中12R K R =称为比率值,这也是12,R R 称为比例臂的原因。
由于检流计在测量过程中起判断桥路有无电流的作用,只要检流计有足够的灵敏度来反映桥路电流的变化,则x R 的测量结果与检流计精度无关,120,,R R R 通常用标准电阻箱,由于标准电阻可以制作得比较精密,所以利用电桥的平衡原理测电阻的准确度可以很高,大大优于伏安法测电阻,这也是电桥应用广泛的一个重要原因。
2. 电桥的灵敏度电桥是否达到平衡,是以桥路中有无电流来进行判断的,而桥路中有无电流又是以检流计的指针是否发生偏转来确定的,但检流计灵敏度总是有限的,这就限制了对电桥是否达到平衡的判断。
另外,检流计指针偏转小于0.2格时,很难察觉出指针的偏转。
一般来讲检流计指针有0.2格的偏转人眼便可察觉。
因此,引入电桥灵敏度问题。
检流计灵敏度定义为:电流变化量所引起的检流计指针偏转格数n ∆与电流变化量g I ∆的比值,即gn S I ∆=∆检流计 (3)电桥相对灵敏度定义为:在处于平衡的电桥里,其测量臂电阻x R 有一个相对的变量x xR R ∆,则由此而引起的检流计指针偏转格数n ∆与x xR R ∆的比值为:00x xn n S R R R R ∆∆==∆∆相对 (4)电桥的相对灵敏度习惯又简称为电桥灵敏度,用S 表示,S 越大,说明电桥越灵敏。
下面我们讨论影响S 的因素。
将(3)式代入(4)式。
g x xI S S R R ∆=⋅⋅∆检流计 (5)因g I ∆和x R ∆变化很小,可用其偏微商形式表示g x xI S S R R ∂=⋅⋅∂检流计 (6)利用基尔霍夫定律联立方程,经过必要的推导、整理、化简,可以得到()0112022x gx S ES R R R R R R R R R ⋅=⎡⎤⎛⎫++++++⎢⎥⎪⎝⎭⎣⎦检流计 (7)由(7)式分析可知:(1)电桥灵敏度S 与检流计灵敏度S 检流计成正比,检流计灵敏度越高,则电桥的灵敏度越高。
(2)电桥灵敏度与电源电压E 成正比,在确保桥臂电阻安全稳定的前提下,可以通过适当提高电源电压来提高电桥灵敏度。
(3)电桥灵敏度随四个桥臂电阻总阻值()120x R R R R +++的增大而减小,随着012x R R R R ⎛⎫+ ⎪⎝⎭的增大而减小。
桥臂电阻选得过大,将大大降低电桥灵敏度,1R 和2R 阻值相差太大,也会降低其灵敏度。
以上分析,对我们在实际工作中提高电桥灵敏度提供了理论依据。
一般成品电桥为了进一步提高其测量灵敏度,通常都有外接检流计与外接电源接线柱,以接入灵敏度更高的检流计或谨慎而适当地提高电源电压。
3. 惠斯通电桥存在的系统误差讨论(1)在本实验中,120,,R R R 均选择0.1级的电阻箱,由公式102x R R R R =⋅可得,由120,,R R R 仪器误差引起的测量x R 的B 类不确定度:()x B x x R x x U R R E R R =⋅==即 ()0.17%Bx xU R R = (8)(2)由于0xR R 是12R R 的倒数,容易证明当121R R =时,012x R R R R ⎛⎫+ ⎪⎝⎭有最小值,所以12R R =时电桥灵敏度更高。
12,R R 阻值选取一样,也存在12,R R 实际阻值不等,由此产生的系统误差,可以通过交换0R 和x R 分别测量两次的方法来消除,电桥平衡时两次测得的0R 值分别记为0R ,0R '则102x R R R R =,201x R R R R '=所以x R =(9)当0R 为0.1级的电阻箱,由此引起的测量x R 的B 类不确定度()xB x x R x x U R R E R R =⋅==⋅即 ()0.071%Bx x R R R =(10)(3)一般检流计指针有0.2格的偏转我们才能够观察到,则由此而引起的B 类不确定度x U R ⋅灵0.2=S(11)当S 为103量级,则U 灵最大为x U R ⋅灵=0.02%与(8)、(10)或比较,当S 优于103时,可以不考虑灵敏度引起的系统误差。
(4)在实际运用里,由于电桥桥臂中可能存在很小的寄生热电势,这样一来,即使0g I =,电桥也未必满足平衡条件,消除这一系统误差的方法是,改变电源E 的方向,分别测量两次,将得到x R 值取平均。
【实验仪器】ZX21型电阻箱,检流计,直流稳压电源,M-8308型数字万用表、待测电阻。
【实验说明】1、电阻箱电阻箱是实验室常用来获得比较精确电阻值的可变电阻器,它由若干个数值准确的固定电阻元件(用高稳定锰铜合金绕制)组合而成,并按一定的方式连接于转换开关上,转动旋钮即可得到不同阻值。
电阻箱精度等级a可分为0.02级、0.05级、0.1级、0.2级和0.5级5个级别。
若电阻箱读数为R,则该仪器不确定度为%R a∆=⋅仪电阻箱的额定功率:如果未特别标明,则以0.25W来计算其最大允许电流。
例如,若使用100Ω档,则该档电阻允许通过的最大电流为m ax 0.05I A==实验室常用的ZX21型旋转式电阻箱(0.1级,额定功率0.25w)各档允许通过的最大电流计算于表1,长时间使用允许的额定电流约为最大允许电流的75%。
使用时必须给予足够的重视。
表1 ZX21型电阻箱最大允许电流与额定电流一览表2. 检流计检流计是一个微定()uA表,绝对不允许通过的电流太大,在本实验中主要采取下列保护措施,首先把R保护置于最大档位,其次将电源电压E调R保护至很小,并把桥臂电阻选择预置于接近平衡的参数,方可接通检流计。
电桥平衡后,将调至零,逐步提高电源电压E。
检流计调零也是使用过程中必须经常关注的。
3. 数字万用表。
有关数字万用表的详细介绍,请参见附录。
【预习思考题】1. 电桥灵敏度的定义是什么?实验中是怎样测量灵敏度的?影响电桥灵敏度的因素有哪些?2. 简述调整电桥平衡的方法。
【实验内容】1. 用数字万用表适当的量程,粗测待测电阻的阻值x R 。
2. 按图2所示的惠斯通电桥电路图组装惠斯通电桥,测量待测电阻x R 的阻值,并同时测量电桥灵敏度。
(1)检流计调零。
(2)电源E 调至很小,0.1V -0.3V 。
(3)R 保护置于90000.0Ω,检流计量程置于“10A μ”档。
(4)按图2所示连接测量电路,但特别注意与电源正极相联的导线暂不连接。
(5)按表2所给数据设定的12,R R 的值,并根据x R 的粗测值及比率12R R 预置0R 的值。
(6)检查无误后,再最后连接电源正极。
调整电桥平衡,测量x R 值,并同时测量电桥灵敏度,按下列方式进行:① 在上述工作的基础上,调整0R ,使电桥平衡。
② 逐步减小R 保护,直至R 保护=0,调整0R ,使电桥平衡。
③ 检流计由“10A μ”档调到“1A μ”档,调整0R ,使电桥平衡。
④ 缓慢增加E 的数值,适度调整0R ,确保检流计不超过量程,将E 调至5V ,调整0R ,使电桥平衡,记录此时0R 的值。
图2 惠斯通电桥测量电路⑤ 从0R 最小位开始改变,直至检流计指针的编转格数 5.0n ∆≥格(以检流计最上边一排刻度的最小分度为1.0格),记录下0R 的改变量0R ∆以及检流计相对平衡位置时的偏转格数n ∆。
将E 减小至0.1V -0.3V ,R 保护置于90000.0Ω,检流计置于“10A μ”档,根据12,R R 值,预置0R ,重复a e -。
如此反复多次完成表2的测量工作。
调整过程也是逐步提高电桥灵敏度的过程。
表2 测量待测电阻及电桥灵敏度3. 用惠斯通电桥交换法测量电阻x R表3 用交换法测待测电阻x R【数据处理】1. 用数字万用表粗测待测电阻x R ,计算B 类不确定度,写出标准表达式。