实验十八直流电桥测电阻实验报告

基础物理实验基础物理实验基础物理实验基础物理实验实验十八实验十八实验十八实验十八直流电桥测量电阻直流电桥测量电阻直流电桥测量电阻直流电桥测量电阻实验十九实验十九实验十九实验十九非平衡电桥测量铂电阻的温度系数非平衡电桥测量铂电阻的温度系数非平衡电桥测量铂电阻的温度系数非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 实验报告 化学实验报告单总流体力学实验报告观察种子结构实验报告观察种子结构实验报告单观察种子的结构实验报告单 实验报告实验报告实验报告学院：学院：学院：学院：地球与空间科学学院地球与空间科学学院地球与空间科学学院地球与空间科学学院姓名：姓名：姓名：姓名：1100012623110001262311000126231100012623张晓晨张晓晨张晓晨张晓晨指导教师：指导教师：指导教师：指导教师：郝建奎郝建奎郝建奎郝建奎时间：时间：时间：时间：2012201220122012年年年年11111111月月月月21212121日日日日实验十八实验十八实验十八实验十八直流电桥测量电阻直流电桥测量电阻直流电桥测量电阻直流电桥测量电阻一、目的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 1.直流电桥的基本原理；2.直流电桥的灵敏度及影响它的因素；3.平衡电桥测量电阻的误差来源。二、仪器用具电阻箱3个，指针式检流计，碳膜电位器，待测电阻3个，直流稳压电源，单刀双掷开关1个，双刀双掷开关1个，数字万用表1个，导线若干。相关测量仪器的量程与极限误差见表16-1.表18-1实验仪器规格仪器名称量程分度值允差DHJ15HA直流稳压电源18V~0（提供电压范围）0.5V直流指针式检流计AC5/2型15div~15-A/div101.6-5×直流电阻器ZX96Ω109999.9~0)1000,100,10%(1.0ΩΩΩ)1%(5.0Ω)1.0%(2Ω三、实验原理（一）直流电桥平衡条件如图18-1所示，检流计G对两端点B、D的电位进行比较，当B、D电位相等时，检流计中无电流通过，称电桥达到平衡。电桥平衡时有0=gI021RRRRx=（18.1）⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=210RRRRx（18.2）如果021,,RRR均已知（或0R和21/RR已知），则当电桥平衡时，可由18.2式求的xR。图18-1直流电桥电路图（二）直流电桥平衡测量电阻的误差平衡电桥的测电阻误差有2个来源：（1）桥臂电阻的误差。xR的测量误差可用下列不确定度公式估计：21202221021⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=RRRRRRRxRxσσσσ（18.3）式中021,,RRRσσσ分别是021,,RRR的不确定度。为消除21/RR的比值误差，可交换21,RR的位置再测，取两次结果的21,xxRR的平均值为xR，有21xxxRRR=（18.4）（2）电桥灵敏度的误差定义电桥灵敏度SxxRRnS∆∆=（18.5）它表示电桥平衡后，xR的相对该变量xxRR∆所引起的检流计偏转的格数n∆，具体测量时，用00RR∆代替xxRR∆。电桥灵敏阈是电流计偏转值取分度值（1格）的5/1（0.2格）时所对应的被测量xR的变化量xRδ。电桥灵敏阈xRδ反映了电桥平衡判断中可能包含的误差，故xxxxRRRRnSδ2.0=∆∆=又有2012.02.0δnRRRnRRxx∆∆=∆∆=（18.6）由（18.3）和（18.6）可得到xR的不确定度()21222122221022202021δ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=RRRxRRRRRRRRRxσσσσ（18.7）iS为检流计灵敏度，则⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++++++=2010212RRRRRRRRRESSxgxi（18.8）四、实验装置实验装置如下图所示：图18-2指针式检流计图18-3直流电桥测量电阻实验装置图五、实验内容（一）用自组电桥测量位置电阻及相应的电桥灵敏度1、用实验仪器依图18-1连接成电桥，电源电压取V4；2、分别用电桥测量3个未知电阻的阻值2xR并计算其合成不确定度2xRσ；3、测量并计算相应的电桥灵敏度。【注意】（1）先用数字万用表对xR进行粗侧；（2）测量前将保护电阻调至最大，最后逐步调到0；（3）接通时，先合bS，后合gS，断开时相反。（二）了解影响直流电桥灵敏度的因素电源电压取V4，待测电阻几百欧，Ω==50012RR，改变下列因素，观察电桥灵敏度的变化1、电源电压2、桥臂电阻3、检流计灵敏度（串联电阻）六、实验数据 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 （一）用箱式电桥测3个未知电阻及相应的电桥灵敏度用万用表粗测电阻：Ω=5.471xR，Ω=3.2982xR，Ω=k9.33xR表18-2用箱式电桥测3个未知电阻及相应的电桥灵敏度数据表RxR1/R2R0/ΩR·/ΩΔnRx/ΩΔR0SRx1500/50047.247.14.247.20.12.0x103Rx250/5002983.02973.02.8298.310.08.4x102500/500298.8299.85.4298.81.01.6x103500/500298.7299.75.0298.71.01.5x103Rx3500/5003908.03808.07.03908.0100.02.7x102由（18.4）式，Ω==8.29821xxxRRR对于电阻箱12,RR有Ω=××===−3.031010005003621eRRσσ对电阻箱0R有Ω=×+×+×==2.03%28.0%5.08%1.0290300RReσ由（18.6）式Ω=×××=∆∆=∆∆=03.05000.35.05002.02.02.0δ201nRRRnRRxx将以上各值带入（18.7）式中有()Ω=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=3.0δ21222122221022202021RRRxRRRRRRRRRxσσσσ故Ω±=±)3.08.298(22xRxRσ（二）改变测量条件，观测对电桥灵敏度S的影响表18-3测量条件对电桥灵敏度S的影响数据表E/VR1/R2Rh/kΩR0/ΩR·/ΩΔnRx/ΩΔR0S4.0500/5000298.9297.94.8298.91.01.4x1032.0500/5000298.8297.82.8298.81.08.4x1024.0500/500002988.02998.05.42988.0102.4x1024.0500/5002.55299.0289.07.0299.010.02.1x102根据实验结果可以做如下推测：①对比1、2组数据，说明电压E越大，灵敏度S越大；②对比1、3组数据，说明电压2R越大，灵敏度S越小；③对比1、4组数据，说明串联电阻hR越大，灵敏度S越小。七、七、七、七、思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论（一）思考题1、③④⑤会加大测量误差；①中降低E，S减小，也会加大测量误差。2、①电路未接通、gS未闭合、G被短路、电路接触不良、检流计指针被锁定；②检流计指针总向一侧偏转说明0R调节不当。、（二）讨论本实验的结果来看电阻值的测定比较准确，但是灵敏度的测定受到肉眼分辨格数的影响可能会有较大偏差。实验十九实验十九实验十九实验十九非平衡电桥测量铂电阻的温度系数非平衡电桥测量铂电阻的温度系数非平衡电桥测量铂电阻的温度系数非平衡电桥测量铂电阻的温度系数一、目的要求1.电阻的三线接法以及传感器电路的静态特性；2.非平衡电桥的测量方法；3.测量铂电阻温度传感器电路的输出-输入特性，计算铂电阻的温度系数。二、仪器用具铂电阻实验元件盒，恒流电源，数字温度计，电热杯，保温杯，烧杯，搅拌器，毛巾，冰块，双刀双掷开关1个，数字万用表1个，导线若干。相关测量仪器的量程与极限误差见表19-1.表19-1实验仪器规格仪器名称量程允差直流电阻器ZX96Ω109999.9~0)1000,100,10%(1.0ΩΩΩ)1%(5.0Ω)1.0%(2ΩVC9806数字万用表20mA200mVmA004.00.5%+×数据mV03.00.05%+×数据三、实验原理（一）铂电阻温度特性在C100~0�范围内可以近似为()TARRT101+=（19.1）TARRT,,,10分别表示温度T时的阻值、0摄氏度时的阻值、正温系数和温度。图19-1非平衡电桥电路原理图（二）用非平衡电桥测量铂电阻温度系数如图19-1所示，I为恒流电源；21,RR为固定电阻，pR为可调电阻，用作平衡电阻；TR为铂电阻；outU为非平衡电桥的输出电压，则PToutRIRIU21−=（19.2）如果21RR=，切TRR>>1，PRR>>2，则()PToutRRIU−=20（19.3）令PR等于铂电阻在0摄氏度时的阻值0R，带入（19.2）中，则TARIRIUout∆=∆=100022（19.4）由（19.4）可知，如果0I保持恒定，outU的电压表内阻足够大，则outU和T∆近似呈线性关系。(三）电阻的三线接法如图19-2所示：图19-2三线接法非平衡电桥四、实验内容（一）测量铂电阻测温电路的输入输出特性并测定铂电阻的温度系数实验仪器依图19-2连接成电路，两万用表分别测outU和0I，mA40=I，且12RR=1、标定测温范围下限，将数字温度计和铂电阻传感器放入冰水混合物中，在0摄CC'SRTRPADR2mAIBR1氏度时调节电桥平衡，记录,ToutU和PR的值，并确定0R值；2、测量室温下40、55、70、80、95摄氏度下的outU，并记录3、测量100摄氏度时的T和outU。（二）用自组铂电阻测温电路测量人体温度将测量结果与数字温度计比较。五、实验数据记录与处理（一）测量铂电阻测温电路的输入输出特性并测定铂电阻的温度系数表19-2测定铂电阻温度系数数据表次数1234567T/°C021.339.053.868.483.5100.5Uout/mV0.0516.1128.7139.8651.4962.3075.93用最小二乘法进行线性拟合有：图19-3铂电阻温度系数测定数据拟合图得到拟合的方程为1969.07526.0−=TU，相关系数9623.0=r。由公式:TARIRIUout∆=∆=100022可知1-300C10763.32�−×==RIKA计算A的不确定度Aσ如下：CmV/095.021/12�=−−×=nrKKσmA01.03004.0%5.0006.430=+×==eIσΩ=×==06.03%1.010030eRσ1-322002020200C10002.022200�−×=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=RIKARIKRIKRIAσσσσ故有()-13C10002.0763.3�−×±=±AAσ（二）用自组铂电阻测温电路测量人体温度将mV73.26=outU带入拟合出的线性方程可以解出，C77.35�=T而数字温度计的测出结果为C6.35�=T二者相差不大，从某种意义上可以认为铂电阻测温电路的结果更接近人体真实温度。六、思考与讨论1、产生误差的可能因素有：初始条件并非零摄氏度或零摄氏度时未调节电桥平衡，搅拌不均匀导致温度与电压不匹配，导线的电阻存在影响。为了解决这些测量误差，我们采取三线式非平衡电桥的解法，并用最小二乘法对数据进行线性拟合。2、可能是试验中引入了非线性的误差，如初始时未调到电桥平衡，但是截距并不影响测温精度