4-实验四 惠斯通电桥测量中值电阻

3.使用内附检流计时，短路片接在“外接”上；使用外接检流计时，短路片接在“内接”上。 4.依被测电阻大小，选择倍率、预调读数盘，被测电阻接入“Rx”。 5.按下“B”、“G”调节读数盘，使检流计指零。松开“B”、“G”，读数，被测电阻为：倍率×读 数盘值。 6.作十进制电阻器使用时，可从 G 下面的接线柱和 Rx 下面的接线柱取得。
Rx
R1 Rs R2
（1）
其中 R1/R2 称为比率臂。若比率臂与比较臂值 Rs 均为已知，则可算出 Rx 的值。 电桥平衡后检流计指针指零；若桥路中电阻值发生改变，如 Rx 的改变量为△Rx，则电桥失去平 衡，检流计指针发生偏转，偏转格数为△n。我们将由于 Rx 的改变而引起检流计 G 指针的偏转 所引起的△n 与 Rx 的相对改变量△Rx/Rx 的比值称为电桥相对灵敏度 S，即：
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实验四
惠斯通电桥测量中值电阻
电桥是利用比较法进行电磁测量的一种电路连接方式，它可以测量很多电学量，如电阻、电 容、电感、互感等，还可以配合不同的传感器件测量很多非电学量，如温度、压力、加速度等。 因此在传感技术中应用极广。电桥的种类较多，按工作状态可分为平衡电桥和非平衡电桥；按工 作电流种类可分为直流电桥和交流电桥；按结构和测量范围可分为单臂电桥和双臂电桥。 电桥法根据平衡和比较原理测量电阻，其构思巧妙、测量准确、适用方便，是电磁测量的基 本方法。本实验所用电桥为直流单臂电桥，也称作惠斯通（Wheatstone）电桥。惠斯通电桥适用 于测量中值电阻。
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附录-1
QJ23 型直流电阻电桥(电子调零) 使用说明书
本产品按中华人民共和国专业标准“ZBY164-83 测量用直流电桥”制造。并采用此标准的技术 术语。本产品还符合国家标准“GB3903-83 测量用直流电桥”及国际标准“IEC564-77 测量用直流电 桥”。 一、用途 本电桥是携带方便用来测量 1Ω～9.999MΩ 直流电阻的专用仪器。利用面板上的接线柱又可 为9× （1000+100+10+1） Ω 十进制电阻器使用， 其四个读数盘的准确度分别为±0.1%、 ±0.1%、 ±1%、 ±2%。 二、主要技术指标 1.各量程主要参数如表-1 表-1 倍率 ×0.001 ×0.01 ×0.1 ×1 ×10 ×100 ×1000 有效量程(Ω) 1～9.999 10～99.9 100～999.9 1K～9.999K 10K～99.99K 100K～499.9K 499.9K～999.9K 1M～9.999M 1 2 5 20 20 0.5 15 6 0.2 0.2 各量程主要参数表 等级指数 内接检流计 2 外接检流计 2 4.5 电源电压（V）
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基础性实验
惠斯通电桥测量中值电阻
4.仪器的绝缘电阻应大于 10MΩ。 5.仪器应能承受 50Hz 实际正弦波 500V 的试验。 6.内附检流计电流常数应小于 6× 7.内附电源为 2#干电池三节。 8.外形尺寸为 225×175×120mm。 9.重量为小于 2Kg。 三、使用方法 原张丝式检流计采用机械调零，改用电子式检流计后，采用电位器调零。 1.调零方法：装入 4.5V 电池后（注意电池极性） ，按下“B”调节表头上方的电位器，使指针指 “0”，松开“B”，指针有时会不在“0”，对使用无妨。 2.依被测电阻大小，选择合适的电源电压：Rx≤10KΩ 时用内附 4.5V 作电桥工作电源，将外 接电源“+”、“-”接线柱用短路片短路。Rx≥10KΩ 须外接电源电压，依表 1 要求去掉短路片，将外 接电源接入外接“+”、“-”接线柱上。 A/mm，阻尼时间小于 4 秒。
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7.从 Rx“上”接线柱和 G“下”接线柱可取得 四、注意事项
（K=-3～3）比例，亦可单独使用检流计。
1.测量感性元件电阻值时，先按下“B”，后按“G”，读数后先松“G”，后松“B”，防止检流计因 冲击而损坏。 2.电桥长时间不用时，取出内附电池。 3.贮存在温度为 5～35℃，相对湿度小于 80%，且无腐蚀性气体、无强振动、无尘、无露、无 阳光直射的环境。 4．在运输或搬动时，短路片接在“内接”上。 五、维护及其他 1.仪器应经常保持表面清洁。 2.如用内附电池时，发现灵敏降低等异常现象时，在及时更新，防止电池漏液。 3.检流计是本仪器的易损部件，要谨防过大的冲击和震动。 4.如遇产品质量问题，请直接与本厂联系，以便及早解决。
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基础性实验
惠斯通电桥测量中值电阻
两根。
图-1
QJ23 型直流电阻电桥
图-2
QJ23a 型直流电阻电桥
【实验步骤】
1．检查电桥设置，对于 QJ23a 型直流电阻电桥，将电源 B 的“内-外”拨动开关和检流计 G 的“内-外”拨动开关置于内接方式；对于 QJ23 型直流电阻电桥，打开电源开关，将检流计 G 的 中间接线柱与“外接”接线柱用金属片短路即可。 2．按下电源按纽 B，观察检流计指针是否指零，若不为零，调整检流计上方的调零旋钮使其 指零。 3．估计待测电阻 Rx1 的阻值（根据色环指示，或用万用表粗测） ，先选择好倍率 C 的取值， 然后预置电桥上的倍率转换开关和四个读数盘的读数（保证测量结果有四位有效字） 。 、 “G”按钮，调节 4．将待测电阻接至电桥的待测臂 Rx 上，采用跃按法，既先后按下“B” 读数盘，使检流计指零。 5．先后松开“G” 、 “B”按钮，记录读数。 6．重复步骤 2-5，测量六组数据。 7．用待测电阻 Rx3 替代 Rx1，重复步骤 2-6。 8．将电阻箱（置于 2000Ω 档）接入待测臂 Rx 处，调整倍率和读数盘使电桥平衡，检流计 指零，记录 Rx 的值。取 Rx 的改变量△Rx 分别为 2Ω、4Ω、6Ω、8Ω、10Ω，分别记录检流计 的偏转格数△n。 9．恢复仪器，整理实验器材、场地。
S
Rx
n
Rx
（2）
【实验内容】
1．用箱式惠斯通电桥测量待测电阻 Rx1、Rx3 的阻值，保证测量结果有四位有效字，给出测 量结果。 2．测量箱式惠斯通电桥在 Rx 取 2000Ω 时的相对灵敏度，表达结果。
【实验仪器】
QJ23 型或 QJ23a 型直流电阻电桥（如图-1、图-2 所示） ，ZX21 型电阻箱，待测电阻若干，导线
【实验目的】
1．学习用电桥法测量电阻的原理，了解其应用。 2．掌握使用箱式惠斯通电桥测量中值电阻阻值的方法。 3．掌握测量箱式惠斯通电桥的相对灵敏度的方法。
【实验原理】
惠斯通电桥测电阻原理如图 3 所示。四个电阻 R1、 RS 与 Rx 联成一个四边形， 每一个边作为电桥的一 R2 、 个臂，R1、R2 称为比率臂，RS 称为比较臂，Rx 为电 桥的待测臂。对角线 AC 连接电源 E。对角线 BD 之间 接检流器 G。调节 RS 使 B、D 两点电势相等，这时检 流计 G 指零，电桥达到平衡。依 B、D 两点间电势差 为零，可得：
【注意事项】
仪器面板上所标 B 是电源开关按钮，实验中不要将此按钮按下锁住，以避免电流热效应引起 电阻阻值改变，并防止电池很快耗尽。G 是检流计开关按钮，一般只能跃按，以避免非瞬时过载 而引起检流计损坏。
【参考文献】
[1] 成正维. 大学物理实验. 北京: 高等教育出版社, 2002
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2．参考条件和标称使用条件如表-2 表-2 影响量 周围温度 相对湿度 电源电压 参考条件和允差 20±1.5℃ 40～60% 额定值 ±10% 参考条件和标称使用条件表 标称使用范围极限 20±15℃ 25%～75% 额定值 ±15% 标称使用条件下的允许变差 100%Elim 20%Elim 10%Elim
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注：1.参考条件即检定本仪器的测试条件，用以判别合格与否；标称使用条件下的允差是指仪器 在二个极限值时，仪器准确度允许变化的数值。 2.Elim 为基本误差允许的误差极限：
Elin
C RN X 100 10
公式中：C 为百分数表示的等级指数（表-1 中等级指数） 。RN 为所用的有效量程的基准值即为该 量程内的最大的 10 的整数幂（Ω） ，X 为十进制盘读数（Ω） 。 3.参考位置：仪器使用内附检流计时，面板应保持水平，用外接检流计时可随意。