直流电桥测电阻
实验十 直流电桥测电阻
电桥是一种用电位比较法进行测量的仪器,被广泛用来精确测量许多电学量和非电学量,在自动控制测量中也是常用的仪器之一。按照用途电桥可分为平衡电桥和不平衡电桥;按照使用的电源又可分为直流电桥和交流电桥。直流电桥是用来测量电阻或与电阻有关的物理量的仪器,待测电阻在1,1000KΩ时,可用单臂(惠斯登)电桥;若测量1Ω以下的低电阻时,则必须使用双臂(凯尔文)电桥。交流电桥(万能电桥)主要用来测量电容、电感等物理量。
[实验目的]
1、 掌握用电桥测量电阻的原理和方法。
2、 学会使用单臂及箱式惠斯登电桥测量电阻。
[实验原理]
1、 单臂电桥原理
惠斯登电桥(单臂电桥)是最常用的直流电桥,其电路原理图如图10—1所示。
B I1 RR1s
G I g
? A C K1.5KΩ 2?
R 1 2 R x I 2 D E K1
?? 1
图10—1 单电桥原理简图
RRRR、和是已知阻值的
标准
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电阻,它们和被测电阻连成一个四边形,每一图中sx12
条边称作电桥的一个臂。对角A和C之间接电源E;对角B和D之间接有电流计G和电键
RK,电键上有1.5保护电阻,它像桥一样。若调节使桥两端的B点和D点电位相等,k,s
电流计中电流为零,电桥达到平衡,这时可得
IR,IR (10—1) 1122
IR,IR(10—2) 1s2x
两式相除可得
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2R (10—3) R,Rxs1R
RR)就能成立,被测电阻可以从、和三只要电流计足够灵敏,等式(10—3RRxs12
R个已知的标准电阻求得。这一过程相当于把和标准电阻相比较,因而测量的准确度较高。 x
图10—2 QJ–23型直流电桥线路图
本实验中采用QJ–23型便携式单臂电桥,它的实际电路图见图10—2,面板结构如图10—3所示。电桥各部件的作用及特点
说明
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如下:
RR(1)比率臂K相当于图10—1中的和,由8个精密电阻组成,其总阻值为1K21
R2Ω,度盘示值K=,即比率,分为从0.001 到1000共七档。图10—2中各电阻均以Ω为R1
单位。
RR(2)测量臂由四个十进位电阻盘组成,最大阻值为9999Ω,调节K和使电桥平ss衡时,被测电阻值为
R,k,R (10—4) xs
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(3)端钮X和X接被测电阻,B和B、G和G分别为外接电源、外接检流计用的接12+-+-
线端钮。
-6(4)检流计G,其灵敏度约3×10A/div,内阻近百欧姆,用以指示电桥平衡与否。检流计上有调零旋纽,测量前应预先调好检流计零位。实验中,我们把引起仪表示值可觉察变化的被测量的最小变化值叫灵敏阀(或叫分辨率),这里取0.2分格所对应的电流值作为检流计的灵敏阀。
(5)电源及检流计开关,B是电源按钮开关,实验中不要将此开关按下锁住,以避免电流热效应引起的阻值变化,而影响仪器测量精度,并且还可以防止电池很快耗尽。检流计按钮开关G 一般只能跃按,以避免非瞬时过载而引起的损坏。另有一种QJ–24型电桥,它多了一个G开关,它的作用是测量中先按下G粗调,这时有分流电阻与检流计并联,粗调11
平衡后再按开关G细调平衡。增设开关G是因为QJ–24型的准确度等级更高、检流计更灵1
敏的缘故。
用电桥测电阻前,通常应先知道(或用万用表粗测)被测电阻的大约值,然后预设比率
R盘和测量盘于相应的大约值,再细调K和之值求出测量值。 s
B
,1000,100
内 接 G
,10,1外 接 R2B G
图10—3 QJ–23型直流电阻电桥面板图
2、单臂电桥测电阻的误差
平衡电桥法测电阻的误差,主要来自两方面:
S(1) 电桥灵敏度()带来的误差 b
电桥是否已经平衡,依赖于判断检流计是否指零。因而检流计的灵敏度大小直接影响了判断性。换言之,判断检流计是否指零所产生的误差决定了电桥的灵敏度。
电桥平衡时,改变单位电阻检流计的偏转格数α称作电桥灵敏度。
,S (10—5) ,bR
S越大,表示电桥越灵敏,判断就越准确。适当提高工作电源电压和选用低电阻的检b
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2流计将有利于提高电桥的灵敏度。通常假定仪表标尺的分度为难以分辨的界限,于是由10
1,Rb,0.2电桥灵敏度带来的误差为 。 Sb
(2) 桥臂电阻带来的误差
2R由于,可导出求算R的相对误差为 R,RSXX1R
,R,R,R,R222xs12 (10—6) ,,,()()()RRRRxs12
RR若保持R和R比值为1,把与R二个桥臂位置交换,再调节使电桥平衡。分别ss12X
RRR的示值及,可得到 测出交换前、后电桥平衡时比较臂sss12
Rx,Rs1,Rs2 (10—7)
RRR这样就消除了由、本身的误差而带来的系统误差。由式(10—7)求出的相对x12
误差为
,R,R,R,Rxs1ss2212,,, (10—8) ()()RxR,RRs2ss12
sR,,,xx,R,R (10—9) ,,Rs,,
1 (10—10) ,,Rs,Rs1,Rs22
,,,Rs,0.1%Rs,0.002m 它只与电阻箱R的仪器误差有关。对0.1级的电阻箱,,mS
为所使用的电阻箱的转盘数。
结论:
(1) 总误差等于检流计不灵敏误差与桥臂误差之和。即
22,R,(,R),(,R) (10—11) bx
(2) 测量中将某些条件相互交换,使产生的系统误差方向相反,从而抵消测量中的部分
系统误差,称作交换法,它是处理系统误差的基本方法之一。
[实验仪器]
电阻箱、AC5型直流检流计、稳压电源、待测电阻、滑线变阻器、QJ23型直流电阻电桥
[实验内容]
1、 自搭电桥测电阻
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用电阻箱自搭电桥,按图10—1原理图接线。在开关K上并联一高值电阻R(1.5KΩ),以保护检流计。
在测试前要考虑以下问题:
(1) 接好线路,拟好实验步骤,经教师检查后方可通电作实验。须特别注意实验中勿超过电阻箱的额定电流。
(2) 调节电桥,使它工作在最灵敏状态。
2RR取=1,测量待测电阻,并以交换法消除装置不对称引起的系统误差。 xR1
2、 箱式电桥测电阻
应用QJ23型直流电阻电桥测量待测电阻值,其原理图如图10—2所示。
[数据处理]
1、自搭电桥,用交换法测出待测电阻值。
m,RRR标称值(Ω) (Ω)(Ω) S,序号 xS1S2b(电阻箱的转盘数) R
1
2
3 最佳估计值估算:
Rx,Rs1,Rs2
不确定度计算:
1 ,,Rs,Rs1,Rs22
RRmxs,,,,0.1%0.002,,, ,,RxRsRs,,
R0.2,s,,2222RRRR,,(,),(,),(),(x)求出: ,,bxSRs,,b
R,结果表示为:。 Rx,,Rxx
2、箱式电桥QJ–23测Rx的电阻值。
R实际测值仪器级别A xR(Ω) 标称值序号 比率K x
(Ω)
1
2
3 不确定度计算:
,R,A%,RR (为该比率下电桥的量程) xmm
R,结果表示为:Rx,,Rx。 x
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[思考题]
1、 电桥测电阻的原理是什么,电桥平衡的条件是什么,在具体操作中是如何实现的, 2、 箱式电桥中比率臂的倍率值选取的原则是什么,如果没有选择好,对结果有何影响, 3、 为什么电桥上按钮开关要用跃接法,操作按钮B和G的按接顺序是什么, 4、 在通电前,保护电阻R与其并联的开关K应如何处置,在实验中为提高电桥灵敏度,又应如何处置,
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