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1、实验题目： 惠斯通电桥测电阻 实验目的：1 了解电桥测电阻的原理和特点。2 学会用自组电桥和箱式电桥测电阻的方法。3 测出若干个未知电阻的阻值。实验仪器仪器名称直流电源滑线变阻器1滑线变阻器2检流计型号DH1718CJ2354J2354AC5规格030V 5A100 2A100 2A0.5kv电阻箱的型号、规格及各档的等级电阻箱型号规格1000010001001010.10.01R2ZX21a1111110.10.10.20.52.05.0无R3ZX21a1111110.10.10.20.52.05.0无R4ZX21a1111110.10.10.20.52.05.0无实验原理：1 桥式电路的基
2、本结构。 电桥的构成包括四个桥臂（比例臂R2和R3，比较臂R4，待测臂Rx），“桥”平衡指示器（检流计）G和工作电源E。在自组电桥线路中还联接有电桥灵敏度调节器RG（滑线变阻器）。2 电桥平衡的条件。 惠斯通电桥(如图1所示)由四个“桥臂”电阻（R2、R3、R4、和Rx）、一个“桥”（b、d间所接的灵敏电流计）和一个电源E组成。b、d间接有灵敏电流计G。当b、d两点电位相等时，灵敏电流计G中无电流流过，指针不偏转，此时电桥平衡。所以，电桥平衡的条件是：b、d两点电位相等。此时有AR2RxBCR4R3DREERG图1Uab=Uad，Ubc=Udc，由于平衡时，所以b、d间相当于断路，故有I4=I
3、3 Ix=I2 所以 可得 或 一般把称为“倍率”或“比率”，于是 Rx=KR4要使电桥平衡，一般固定比率K，调节R4使电桥达到平衡。3 自组电桥不等臂误差的消除。 实验中自组电桥的比例臂（R2和R3）电阻并非标准电阻，存在较大误差。当取K=1时，实际上R2与R3不完全相等，存在较大的不等臂误差，为消除该系统误差，实验可采用交换测量法进行。先按原线路进行测量得到一个R4值，然后将R2与R3的位置互相交换（也可将Rx与R4的位置交换），按同样方法再测一次得到一个R4值，两次测量，电桥平衡后分别有： 联立两式得： 由上式可知：交换测量后得到的测量值与比例臂阻值无关。4 电桥灵敏度电桥灵敏度就是电桥
4、偏离平衡状态时，电桥本身的灵敏感反映程度。在实际测量中，为了便于灵敏度的测量和计算灵敏度对测量结果的影响，多数用电桥的相对灵敏度，用S表示。其定义为 物理意义：桥臂电阻的单位相对变化所引起的灵敏电流计的偏转格数。5 正确使用箱式电桥。 本实验使用的是QJ23a型电桥，仪器自带工作电源和检流计实验时不需外接（电源和检流计）。 测量时先根据待测电阻的粗测值（用万用电表粗测）选取恰当的比例系数（倍率）Kr，选取的原则是在测量时应将测量盘电阻R4的各个刻度盘都用上，保证测量值有足够的有效数字，再将金属柱开关由“外接”位置换接至“内接”位置。 仪器面板上标有B、G字母的按钮，分别表示电源和检流计开关，使
5、用时应断续接通。接通时应先按B钮（先接通电源），再按G钮（后接通检流计）；断开时则应先断G钮（先断开检流计），再断开B钮（后断开电源）。测量完毕后应将短路金属柱重新换接至“外接”位置上。要严格遵守此操作程序，否则，极易损坏检流计。6 测量中检流计的保护。 检流计作为平衡指示器，其允许通过的电流非常小，因此在实验过程中特别强调保护检流计。用自组电桥测量时，应根据待测电阻Rx值，调R4与Rx近似，调节电桥平衡时，要遵循先粗后细的原则，粗测时，先将RG调至最大，在电桥支路上串入高阻R减小通过检流计的电流；初步平衡后，再将Rn调至最小，并将R短接进行细测。用箱式电桥测量时，应根据待测电阻Rx的值，选取
6、适当的倍率Kr，并调Rs与Rx近似，调平衡时，严格执行先接通B（电源），后接通G（检流计）；先断开G，后断B的操作程序，实验完毕后应及时将“内接”短路。7 自组电桥线路中RG的作用。滑线变阻器（RG）作为限流器串接于电源回路中，不仅用于调节桥臂电流的大小，而且还对电桥灵敏度起着调节作用。粗测时，将其阻值调至最大，使桥臂电流减小，降低电桥灵敏度；细测时，将其阻值调至最小，使桥臂电流增大，提高电桥灵敏度。实验内容1、选择被测电阻及测量参数：选择好待测的电阻，根据其阻值范围选择合适的K值，由K值确定R2、R3的阻值，保证R4有4位效数字（如Rx为250，为了保证Rx有4位有效数字，R2为100.0，
7、R3为1000.0，R4约为2500）。注：选定电阻后，计算电阻额定电压，以便选择电源工作电压值。2、查电源：打开电源，选好输出端，利用电压微调调节输出电压最小，然后关闭电源。3、接线：按照实验线路图布置仪器，依照回路接线法接线。再检查各实验参数及连线是否正确。4、测量：检查完成后，打开电源，调一微小电输出，观察电路反应是否正常，若不正常（如检流计指针通断时不偏转或偏转过大），则再次检查接线及各电阻阻值。正常后，将电压增大至工作电压，进行测量。5、重复14，测量一个电阻共6次，电桥换臂前与换臂后各测量3次。6、用箱式电桥测量同样八个电阻阻值。数据记录与计算举例。1、用自组电桥测电阻及测量其灵敏
8、度待测电阻标称值电桥换臂前测量数据电桥换臂后测量数据38123456R2/200020002000200020002000平均值平均值的标准偏差R3/200040006000200040006000R4/204440926138204641736280偏转格数n/div3.85.55.63.45.45.5R4/10501001050100计算出Rx/20442046204620462086.52093.32090.4516.44相对灵敏度S776.72225.061145.7695.64225.34115.13530.59165.842、箱式电桥测量次数12345678倍率示数0.10.10.
9、10.10.10.10.10.1测得电阻平均值平均值标准差测量盘示数515251795150512251105130516451445143.98.05待测电阻实测值515.2517.9515.0512.2511.0513.0516.4514.4514.390.853、数据处理 自组电桥测得电阻的平均值：=2090.45，根据公式算出A类不确定度UA(R)=16.44测得自组电桥的灵敏度的平均值为：=530.59div根据公式算出A类不确定度UA(S)=165.84div一、 简单线路故障的原因和排除实验中出现故障是不可避免的正常情况，对于仪器故障，需由专门人员进行排除；常见简单线路故障的排除
10、则是大学生必须掌握的基本技能。用自组电桥测电阻，实验过程可能出现的故障有：1 检流计指针不偏转（排除检流计损坏的可能性）。这种情况的出现，说明桥（检流计）支路没有电流通过，其原因可能是电源回路不通，或者是桥支路不通。检查故障的方法是先用万用电表检查电源有无输出，然后接通回路，再检查电源与桥臂的两个联接点之间有无电压，最后分别检查桥支路上的导线、开关是否完好（注意检流计不能直接用万用电表电阻档检查）。如果仍未查出原因，则故障必定是四个桥臂中相邻的两相桥臂同时断开。查出故障后，采取相应措施排除（如更换导线、开关、电阻等）。2 检流计指针偏向一边。出现这种情况，原因有三种：原因之一，比例系数（倍率）
11、Kr取值不当，改变Kr的取值，故障即便消失。不论Kr和Rs取何值，检流计指针始终偏向一边，则有：原因之二，四个桥臂中必定有一个桥臂断开；原因之三，四个桥臂中某两个相对的桥臂同时断开。对于后两种原因引起的故障，只需用一根完好的导线便可检查确定。检查时，首先将Rn调至最大，减小桥臂电流。然后用一根导线将四个桥臂中任一桥臂短路，若检流计指针反向偏转，则说明被短路的桥臂是断开的，可用此导线替换原导线，检查出导线是否断开及电阻是否损坏；若检流计指针偏转方向不变，则说明，被短路桥臂是完好的；若检流计指针不再偏转，则说明对面桥臂是断开的，可进一步判明是导线还是电阻故障，接通后，用同样方法再检查开始被短路的桥臂是否完好。最后，将查出的断开桥臂中坏的导线或电阻更换，故障便被排除。实验感想：通过这次动手实验，让我有了锻炼的机会，把课堂上学到的东西应用到实际实验中来。培养了我从事科学实验的能力以及实事求是的科学实验态度、求实的工作作风。在实验中遇到的困难，很好地锻炼了我解决困难的能力。让我深刻感受到科学是在严谨和求实中得出来的。
