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1、实验九实验九 惠斯登电桥惠斯登电桥一、一、 实验目的实验目的(一) 了解惠斯登电桥的工作原理与使用方法;(二) 用滑线式电桥与惠斯登电桥测未知电阻的阻值。二、二、 实验器材实验器材滑线式惠斯登电桥、箱式惠斯登电桥、检流计、转触式电阻箱、 带测电阻 RX1与 RX2 、万用表、稳压电源、滑线式变阻器、开关、导线。三、三、 实验原理实验原理图 9-1原理图如图 9-1 所示,其中 R、Ra、Rb为三个已知电阻,Rx为待测电阻。当电键 K1、K2都闭合,电路全部接通时,若检流计 G 中指针不偏转,此时电桥达到平衡,称为平衡电桥。当电桥平衡时,表示检流计中无电流通过,Ig等于 0,B 点电位点与 C
2、点电位点相等。电位差 UAB=UAC UBD=UCD则由电路欧姆定律可知:I1RX=I2Ra I1R=I2Rb 两者相除得 RX=R (1)公式(1)只有在电桥平衡,即 Ig=0 的情况下才能成立。滑线和箱式电桥的工作原理比较:称为“比例臂”(或称“倍率”),R 称为“比较电阻”,由此可知,RX的大小由两项因素决定。(1) 固定电阻 R 的数值,调节比例臂的大小,RX也将随比例臂的增大而增大。测量时当 RX与 R均为一定,改变比例臂的大小,以满足公式(1)的同样要求,这就是滑线电桥的工作原理。(2) 固定比例臂的数值,改变 R 的大小,RX也将随 R 的增大而增大。测量时当 RX与比例臂均为一
3、定,改变电阻 R,以满足公式(1)的同样要求,这就是箱式电桥的工作原理。虽然比例臂的数值可以任意选取,但实用中常采用十进制的 变化,即 104 4到 104 4倍。四、仪器描述(1) 滑线惠斯登电桥滑线电桥惠斯登电桥如图 9-2 所示,EF 是一根粗细均匀的电阻丝,下面装有一只米尺,图中阴影区为联接线路的厚铜片,其电阻可以忽略不计。R 为电阻箱,作为比较电阻。R为滑线变阻器,用来保护检流计。C 为一滑动接触点,相当于图 9-1 中的开关 K2,按下 C 时则检流计线路接通,并用C 寻找平衡位置。由于 EF 是粗细均匀的电阻丝,其分段长度 La和 Lb与电阻 Ra及 Rb成正比,即 Ra/Rb=
4、La/Lb 将其代入(1)式中可得:Rx=R La/Lb (2)La和 Lb 可从米尺上读取,R 为电阻箱的数值,代入上式,即可求出带测电阻 Rx 。但是,由于线路的各部分接头处均有接触电阻存在,故滑线电桥惠斯登电桥不适宜测低于 1以下的电阻。图 9-2图 9-3表 1RX()范围 箱式电桥 桥臂电阻()设置R1R2102103102102103104103103104105103102105106103101(2)箱式惠斯登电桥【1】【1】 仪器说明仪器说明使用 QJ36 型电桥测量阻值时,按图 9-3 接线。图中, R1、R2为量程转换开关, R1与 R2之比决定量程变换系数,其大小根据所
5、测电阻确定。【2】【2】 使用方法使用方法测量前,将检流计及 5V 电源接到面板所示接线柱处,被测电阻用导线接到未知电阻(两)接线柱处,专用电阻处用金属短片短接。根据被测电阻 Rx的估计值,参考表 1 正确选择桥臂电阻 R1、R2,按下面板左下方电源按钮,旋转卡住,先选择粗调按钮按下,并且合理调节电桥标度盘的读数,使得检流计指针指零,然后弹起粗调按钮,再按下细调按钮,继续调节电桥标度盘的读数,使得检流计指针指零。 电标度盘总读数 R(R 为六个标度盘读数之和)和量程变换系数之积,即(R1/R2)R。四、四、 实验步骤实验步骤(1) 用万用表分别测出未知电阻 Rx1、Rx2及其串连后的电阻近似值
6、,记入表 2 中。注意使用万用表测电阻时,每次转换欧姆倍率开关,都应调零。零点调节方法如下:将万用表转换开关拨到欧姆档适当倍率位置,将两表笔相碰(短接),若此时表头指针未指欧姆档的零刻度,则调节面板上“”调零旋钮,使之达到零刻度。(2) 按图 9-2 接好电路,将 R调至最大值,C 点位于电阻丝的中点,并令 R 等于 Rx1的整数值,按接通开关 K1 。(3) 移动 C 点位置,使检流计指针偏转角度减小并达到零。(4) 使 R降为零,再稍稍移动 C 点的位置,使指针无偏转,记下 La与 Lb的数值于数据表 2 中,并由(2)式计算出 Rx 左。(5) 将 R 与 Rx互换位置,用同样的方法求出
7、 Rx1右,(注意,计算时 La与 Lb也要互换),求出Rx1左与 Rx1右的平均植,即为 Rx1的测量值。(6) 用上述同样的方法测出 Rx2。(7) 将 Rx1与 Rx2串联,用同样方法测出串联值。(8) 用箱式惠斯登电桥测出 Rx1、Rx2及其串联值,记入数据表 2 中。六、数据处理六、数据处理表 2万用表测量值()Rx1:Rx2:Rx1+Rx2:La:Lb:Rx1左:La:Lb:Rx2左:La:Lb:Rx1+Rx2左:La:Lb:Rx1右:La:Lb:Rx2右:La:Lb:Rx1+Rx2右:滑线式电桥测量值():+:箱式电桥测量值()Rx1:Rx2:Rx1+Rx2:六、六、 思考题思考题1、利用惠斯登电桥除了测电阻值,还可以测什么?2、 同一个电阻,测出的阻值为何不一样?为什么?