提高惠斯通电桥灵敏度的方法(3)

8.

9.

实验的改进与感想 ......................................................................................................... 15 参考文献 ......................................................................................................................... 16 原始数据 ......................................................................................................................... 16

摘要：

本报告以惠斯通电桥法测量中等数值电阻的实验为出发点，在测量中电阻的过程中深入思考了电桥平衡条件以及实验操作中的一些问题。同时对电桥灵敏度进行了较为透彻的分析与研究，对该实验的正确操作与严格的数据处理具有重要的意义。并根据操作实验的经历对本实验的实验仪器和操作提出了自己的想法。

关键字：

惠斯通电桥、电桥灵敏度分析探究、不确定度合成、实验改进

0. 引言

用伏安法测量电阻，往往达不到很高的测量精度。一方面是由于线路本身存在缺点，另一部分是由于电压表和电流表本身的精度有限。为了精确测量电阻，必须对测量线路加以改进，电桥法就是常用的电阻测量方法。通常使用的电桥有惠斯通单电桥和开尔文双桥，惠斯通电桥主要用于测量中等数值的电阻(10~106Ω)；开尔文双电桥用于测量低值电阻(10-6~10Ω)。

电桥法是一种用比较法进行测量的方法，它是在平衡条件下将待测电阻与标准电阻进行比较以确定其待测电阻的大小。电桥法具有灵敏度高、测量准确、方法巧妙、使用方便和对电源稳定性要求不高等

特点，已被广泛地应用于电工技术和非电量电测中。

1. 实验原理

1.1 惠斯通电桥原理图

图1惠斯通电桥电路原理图

图1所示为惠斯通于1843年提出的电桥电路。它由4个电阻和检流计组成，????为精密电阻，????为待测电阻。接通电路后，调节??1、??2和????，使检流计中电流为零，电桥达到平衡。

1.2 电桥平衡条件

电桥平衡时，有????=0

则??????=????????????=??????

由欧姆定律得：????????=??1??1????????=??2??2

检流计中无电流流过，故??1=??2????=????

整理得：

或????=????????=??1??2

??1

??2????(1-1)

??

??2通常称??1/??2为比例臂，而????称为比较臂，??=1为倍率。所以

电桥由桥臂、检流计和电源三部分组成。

由于电桥平衡须由检流计示零表示，故电桥测量方法为零示法，零示法的测量精度较高。又由于电桥测电阻的过程是??点点位与??点点位进行比较(由示零器指示其比较结果)，经过调节直到两点电压为零——电桥达到平衡的过程。电桥一旦平衡便可由三个已知电阻定出一个未知电阻。测量过程即电压比较过程，故电桥测量又是电压比较测量。

惠斯通电桥测量电阻的主要优点有：

①平衡电桥采用了零示法——根据示零器的“零”或“非零”的指标，即可判断电桥是否平衡而不涉及数值的大小。因此，只需示零器足够灵敏，就可以使电桥达到很高的灵敏度，从而为提高它的测量精度提供了条件。

②用平衡电桥测量电阻的实质是拿已知的电阻和未知的电阻进行比较，这种比较测量法简单而精确，如果采用精确电阻作为桥臂，则可以使测量的结果达到很高的精确度。

③由于平衡条件与电源电压无关，故可避免因电压不稳定而造成的误差。

在式(1-1)中，若??1与??2的值不易侧准，测量结果就会有系统误