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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划直流电桥及其应用实验报告交流电桥学生姓名：学号：班级：物联网一、实验目的1.了解交流桥路的特点和调节平衡的方法2.使用交流电桥测量电容及其损耗3.使用交流电桥测量电感及其品质因数二、实验仪器交流电桥实验仪、导线三、实验原理图1是交流电桥的原理线路。它与直流单电桥原理相似。在交流电桥中，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；电桥的电源通常是正弦交流电源；交流平衡指示仪的种类很多，适用于不同频率范围。频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计；音频范围内可采用耳机作为平衡指示
2、器；音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器；也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪，有足够的灵敏度。指示器指零时，电桥达到平衡。图1交流电桥原理交流电桥的平衡条件我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中，四个桥臂由阻抗元件组成，在电桥的一个对角线cd上接入交流指零仪，另一对角线ab上接入交流电源。当调节电桥参数，使交流指零仪中无电流通过时，cd两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有Uac=UadUcb=Udb即I1Z1=I4Z4I2Z2=I3Z3两式相除有I1Z1I4Z4?I2Z2I3Z3当电桥平衡时，I0=0，由此可得I1=I2，I
3、3=I4所以Z1Z3=Z2Z4上式就是交流电桥的平衡条件，它说明：当交流电桥达到平衡时，相对桥臂的阻抗的乘积相等。由图1可知，若第一桥臂由被测阻抗Zx构成，则Zx=Z2Z4Z3当其他桥臂的参数已知时，就可决定被测阻抗Zx的值。交流电桥平衡的分析下面我们对电桥的平衡条件作进一步的分析。在正弦交流情况下，桥臂阻抗可以写成复数的形式Z=R+jX=Zej若将电桥的平衡条件用复数的指数形式表示，则可得Z1ej1Z3ej3=Z2ej2Z4ej4即Z1Z3ej(1+3)=Z2Z3ej(2+4)根据复数相等的条件，等式两端的幅模和幅角必须分别相等，故有1Z3=Z2Z4(2)1+=2+4上面就是平衡条件的另一种
4、表现形式，可见交流电桥的平衡必须满足两个条件：一是相对桥臂上阻抗幅模的乘积相等；二是相对桥臂上阻抗幅角之和相等。由式可以得出如下两点重要结论。1、交流电桥必须按照一定的方式配置桥臂阻抗如果用任意不同性质的四个阻抗组成一个电桥，不一定能够调节到平衡，因此必须把电桥各元件的性质按电桥的两个平衡条件作适当配合。在很多交流电桥中，为了使电桥结构简单和调节方便，通常将交流电桥中的两个桥臂设计为纯电阻。由式的平衡条件可知，如果相邻两臂接入纯电阻，则另外相邻两臂也必须接入相同性质的阻抗。例如若被测对象Zx在第一桥臂中，两相邻臂Z2和Z3为纯电阻的话，即2=3=0，那么由式可得：4=x，若被测对象Zx是电容，
5、则它相邻桥臂Z4也必须是电容；若Zx是电感，则Z4也必须是电感。如果相对桥臂接入纯电阻，则另外相对两桥臂必须为异性阻抗。例如相对桥臂Z2和Z4为纯电阻的话，即2=4=0，那么由式可知道：3=-x；若被测对象Zx为电容，则它的相对桥臂Z3必须是电感，而如果Zx是电感，则Z3必须是电容。2、交流电桥平衡必须反复调节两个桥臂的参数在交流电桥中，为了满足上述两个条件，必须调节两个桥臂的参数，才能使电桥完全达到平衡，而且往往需要对这两个参数进行反复地调节，所以交流电桥的平衡调节要比直流电桥的调节困难一些。本实验所用到的电容电桥和电感电桥原理1、测量损耗小的电容电桥图2为适合用来测量损耗小的被测电容的电容
6、电桥，被测电容Cx接到电桥的第一臂，等效为电容Cx和串联电阻Rx,其中Rx表示它的损耗；与被测电容相比较的标准电容Cn接入相邻的第四臂，同时与Cn串联一个可变电阻Rn，桥的另外两臂为纯电阻Rb及Ra，当电桥调到平衡时，有得到满足，但调节Ra/Rb的比值时又影响到式的平衡。因此要使电桥同时满足两个平衡条件，必须对Rn和Ra/Rb等参数反复调节才能实现，因此使用交流电桥时，必须通过实际操作取得经验，才能迅速获得电桥的平衡。电桥达到平衡后，Cx和Rx值可以分别按式和式计算，其被测电容的损耗因数D为D=tg=CxRx=CnRn(3)图2串联电阻式电容电桥2、测量低Q值电感的电感电桥测量低Q值电感的电桥
7、原理线路如图3所示。该电桥线路又称为麦克斯韦电桥。这种电桥与上面介绍的测量高Q值电感的电桥线路所不同的是：标准电容的桥臂中的Cn。和可变电阻Rn是并联的。在电桥平衡时，有11?j?CnRn相应的测量结果为LX=RbRaCnRbRx=R(4)Rn被测对象的品质因数Q为Q=?Lx=RnCn(5)Rx麦克斯韦电桥的平衡条件式表明，它的平衡是与频率无关的，即在电源为任何频率或非正弦的情况下，电桥都能平衡，且其实际可测量的Q值范围也较大，所以该电桥的应用范围较广。但是实际上，由于电桥内各元件间的相互影响，所以交流电桥的测量频率对测量精度仍有一定的影响。图3测量低Q值电感的电桥原理四、实验步骤实验前应充分
8、掌握实验原理，设计好相应的电桥回路，错误的桥路可能会有较大的测量误差，甚至无法测量。由于采用模块化的设计，所以实验的连线较多。注意接线的正确性，这样可以缩短实验时间；文明使用仪器，正确使用专用连接线，不要拽拉引线部位，不能平衡时不要猛打各个元件，而应查找原因。这样可以提高仪器的使用寿命。交流电桥采用的是交流指零仪，所以电桥平衡时指针位于左侧0位。实验时，指零仪的灵敏度应先调到适当位置，以指针位置处于满刻度的3080%为好，待基本平衡时再调高灵敏度，重新调节桥路，直至最终平衡。1、交流电桥测量电容根据之前实验原理的介绍，用串联电阻式电容电桥测量损耗小的Cx电容，并试用交流电桥的测量原理对测量结果
9、进行分析，计算电容值和其损耗电阻、损耗。2、交流电桥测量电感根据前面实验原理的介绍，用串联电阻式电感电桥测量低Q值的Lx电感，并试用交流电桥的测量原理对测量结果进行分析，计算电感值和其损耗电阻、Q值南昌大学物理实验报告实验名称：学院：生命科学学院专业班级：生物科学152班学生姓名：胡京阳学号：实验地点：基础实验大楼B210座位号：4实验时间：第9周星期五下午四点开始阜阳师范学院大学物理实验报告学号姓名实验日期教师签字成绩【实验名称】【实验目的】掌握惠斯通电桥的基本原理。学会自组惠斯通电桥测电阻，掌握QJ23型箱式电桥的使用方法。了解直流电桥的灵敏度及影响它的因素，平衡电桥测量电阻的误差来源。【
10、实验仪器】ZX21电阻箱、检流计、QJ23型箱式电桥、滑线变阻器、待测电阻、保护电阻、直流稳压电源、导线、开关等。【实验原理】惠斯通电桥原理惠斯通电桥就是一种直流单臂电桥，适用于测中值电阻，其原理电路如图7-4所示。若调节电阻到合适阻值时，可使检流计G中无电流流过，即B、D两点的电位相等，这时称为“电桥平衡”。电桥平衡，检流计中无电流通过，相当于无BD这一支路，故电源E与电阻R1、Rx可看成一分压电路；电源和电阻R2、RS可看成另一分压电路。若以C点为参考，则D点的电位VD与B点的电位VB分别为VEB?ERRSD?2?RVSRRX1?RX因电桥平VB?VD故解上面两式可得R1RXR?2RS上式
11、叫做电桥的平衡条件，它说明电桥平衡时，四个臂的阻值间成比例关系。如果RR1X?Rx为待测电阻，则有RRS2。选取R1、R2简单的比例如电桥的灵敏度S?n电桥的灵敏程度定义：?RSRS灵敏度S越大，对电桥平衡的判断就越容易，测量结果也越准确。S的表达式S?n?n?R?I?SR?SS?Ig?g?RSRS?S?12S?ES1?R?RE?Rg?1?R2?Rs?Rx?1?R?R?g?2RX?2?R1R?Rs?R?E?xR2?2?R1R?Rs?2Rx?电桥的测量误差电桥的测量误差其来源主要有两方面，一是标准量具引入的误差，二是电桥灵敏度引入的误差。为减少误差传递，可采用交换法。交换法：在测定Rx之后，保持
12、比例臂R1、R2不变，将比较臂Rs与测量臂Rx的位置对换，再调节R?，则有：RR2s使电桥平衡，设此时Rs变为Rsx?RRs?，由上两式得1Rx?。【实验内容】用自组电桥测电阻。按上电路图连接好电路图。根据Rx的粗略值选择合适的比率R1/R2。如Rx为千位数阻值，比率R1/R2应选1：10；百位数阻值，则选1：1。另外，为使电桥尽快调到平衡，可先预选Rs的数值，使其前两位数字与Rx的粗略值相同。接通电源开关K1，当电桥平衡时，记下Rs值。用交换法测量：将Rx与Rs的位置交换，重复以上步骤，测出R?s。求出用交换法测得的电阻值Rx。由不确定度传递公式及电阻箱的准确度等级估计Rx的B类不确定度UR
13、x。【数据表格与数据记录】交换法测未知电阻的实验数据记录表格实验数据处理：由公式Rx?=，Rx=?1036=S?n由公式：?RSRS带入数据S=S=根据各电阻箱的准确度等级估计Rx的B类不确定度URx，带入误差传递公式。2222由误差传递公式:u?Rx?Rx?u?R1?u?R2?u?RS?R1?R2?RS?S?URx?1002?(?1000)2?(1?1019)2?(?)2=URxRx?1002?(?1000)2?(1?1019)2?(?)2=URx=323=【小结与讨论】1)根据实验数据处理结果可知实验精度大致符合实验要求。2)滑键在什么位置时，测量结果的相对误差最小？答：为了消除由于电阻丝不均匀所产生的误差，我们把RX和R0的位置对调，重新使电桥处于平衡状态，测得电阻丝AD的长度为L1，DC的长度为L2=LL1由电桥的平衡条件得RX2?L2LR0我们取两次测量的平均值，作为待测1电阻的阻值。最后讨论滑键在什么位置时，测量结果的相对误差最小。由R1LRL1(L?L1)?L1?L1?L1L?L1X?L0?LR0得?RX?L?L2R0?2R0所以，RX2L1(1)(L?L1)的相对误差E?RX?L1dER?LX(L?L1)L由dL?0知，当LL1?时，112E有极小值。因此，我们应当这样选择R0：当滑键D在电阻丝中央时，使电桥达到平
