物理实验报告7_惠斯登电桥测电阻

物理实验报告7_惠斯登电桥测电阻

实验名称：惠斯登电桥测电阻

实验目的：

a．掌握惠斯登电桥测量电阻的原理和特点以及对电桥灵敏度的检测；

b．学习消除系统误差的一种方法——交换测量法。

实验仪器： QJ—23直流电阻电桥、滑线变阻器、指针式检流计、电阻箱、待测电阻等。

实验原理和方法：

QJ—23直流电阻电桥使用方法：

本次实验的电压选择3V即可。接通电源后，指零仪转换开关拨向“内接”，旋转调零旋钮，将检流计指针调零。使用时，将待测电阻接在电桥的“Rx”处，根据待测电阻的近似数值调节好量程倍率和四个电阻箱。然后将“灵敏度”旋钮按逆时针方向旋转到最小，再按下“B”键（电源开关）以及“G”键（检流计开关），此时指针可能不动；适当调高“灵敏度”，让指针偏转，调节电阻箱，使指针回零；再调高“灵敏度”， 最后在最大灵敏度下，使指针回零，则待测电阻为Rx量程倍率K 总电阻读数R0，测量完每一个电阻后，必须放开“B”键，同时将“灵敏度”调节至最小，再换测其他电阻。

惠斯登电桥原理：

如图，当检流计G指零时，存在关系式：

Uab Uad，即 IabRx IadR1； Ubc Udc，即 IbcR0 IdcR2；

Iab Ibc ， Iad Idc，由此可得：

Rx

R1R2

R0 KR

；

其中K

R1R

2

是比例臂的倍率。

电桥测电阻实际上是将待测电阻与标准电阻比较。标准电阻的精度可以造得很高，可达5位以上的有效数字，只要检流计足够灵敏，待测电阻可达到与标准电阻相同的精度。

物理实验报告7_惠斯登电桥测电阻

使用QJ—23型惠斯登电桥测电阻并测定电桥灵敏度：

假设某一待测电阻Rx在电桥倍率为K、电阻为R0下取得平衡，当电桥电阻改变 R0时，假设电桥的检流计指针改变 n格，则电桥灵敏度定义为S R0 n/ R0；灵敏度S反应了电桥对电阻相对变化量的分辨能力，是衡量电桥精度的重要参数。

将前面测过的3个电阻用QJ—23型直流电阻电桥重新测量；在测量每一个电阻时，要求同时测量相应的灵敏度。测量灵敏度时，要求 n有尽可能大的数值，并应估读一位，可以减少测量误差；若第一次的 n是在R0' R0 R0下取得的，则第二次的 n应在R0' R0 R0下取得，这样两次得到的 n应很接近，容易判断数据的合理性。测量灵敏度之前，若检流计指针不为零，应将指针临时调零，但测量完灵敏度后开始测量另外一个电阻时，必须重新将指针调零。

使用非平衡电桥测量动态电阻：

将1、2、3端短路；8、9端短路，待测电阻Rx接在7、8两端，毫伏表当检流计，当毫伏表指零，即构成惠斯登电桥；此时Rx

R2R1

R3。此处的Rx用专用电阻。

非平衡电桥内部电路如图所示：

固定R1、R2、R3，当Rx随温度变化时，毫伏表显示非零值，Rx的改变数值可以由毫伏表的示数求得，因此可用非平衡电桥测量动态电阻。

测量时，水浴锅内加入适量清水，先不接通电源，取R1=R2=110Ω，在室温下调节R3，使毫伏表尽量指零，此时，Rx0 R3，记下室温、Rx0以及毫伏表读数；然后接通水浴锅电源，使水浴锅内的待测电阻加热，以改变其温度，当温度达到一定值后，记录温度和相应的毫伏表读数，继续

物理实验报告7_惠斯登电桥测电阻

加热，测定下一组温度的数据， 每间隔10 C测量一组数据，直到温度为90 C为止，记录数据。

以T为横坐标， V为纵坐标，用坐标纸作图。

保持R1、R2、R3数值不变。将Rx换成电阻箱，从110Ω调节电阻箱，记下毫伏表读数；以后每增加5Ω，记录一次毫伏表读数，直至电阻为140Ω为止，并且记录数据。

以R为横坐标， V为纵坐标，在同一坐标纸上以适当比例（ V按同一比例）作图。由此可确定 V—T图上的每一点所对应的R值：通过该点作水平线，与 V—R曲线交点对应的R即为所求值

参数及数据记录：见附表的数据记录表

数据处理：曲线图见附表的坐标纸

物理实验报告7_惠斯登电桥测电阻

思考题：

1．为什么用电桥法测电阻比用伏安法准确？若在伏安法中进行电阻修正，其测量结果能达到电桥

精度吗？

答：电桥的实质是把未知电阻与标准电阻相比较，而且标准电阻的精度可以制作得很高。因此

用电桥测电阻时，只要检流计足够灵敏，且选用标准电阻做桥臂，则待测电阻可以达到其它三臂的标准电阻具有的精度。

2．何谓电桥灵敏度？测电桥灵敏度时，为什么 n要尽可能大并且估读一位？ 答：电桥灵敏度的定义为：

S

n R0

R 0

电桥电路中的检流计只是用来判断是否有电流通过，并不需要读出电流的数值，所以只要检流计的灵敏度很高，则测量结果的精度就可以很高。

而伏安法测量电阻，需要考虑到许多因素，要进行电流或者电压修正，并且要读出电流示数，这样造成的误差相对电桥来说很大，要达到电桥所达到的精度是相当的困难。

n尽可能大并且估读一位是为了测量的误差，提高测量结果精度。

3．如果要求测量误差小于万分之五，则电桥的灵敏度应为多大？

提示：由RX KR0得到：

n RX R

X n RX

R X

RXRX

KK

R0R0

R0R0

nS

由此： S 。（此处应取 n 0.5）

答：S

0.50.0005

1000

即：电桥灵敏度应该大于1000。