电阻测量方法专题

第五章电阻测量方法专题

一、概述

电阻是电学元件的基本参数之一。在进行材料特性和电器装置性能研究等工作中，经常要测量电阻。当一个元件两端加上电压时，元件就会有电流通过，电压与电流之比，就是该元件的电阻，这种方法就是伏安法。按测量电路有电流表接法、电流表外接法。其它如伏伏法、安安法、等效替代法、极值法、补偿法、半偏法、电桥法等都是伏安法的具体拓展。在具体测量时各有优缺点。电阻按阻值的大小大致可分为三类：1欧姆以下的为低值电阻；1欧姆到100千欧姆之间的为中值电阻；100千欧姆以上的为高值电阻。对不同阻值的电阻，其测量方法不尽相同。惠斯通电桥通常用于测量中值电阻。而对于测量金属的电阻率、分流器的电阻、电机和变压器绕组的电阻、以及其它低值阻值的电阻时，由于接线电阻和接触电阻（数量级为10-2～10-3欧姆）的存在，为消除和减少这些电阻对测量结果的影响，常采用开尔文电桥。而对于高阻值电阻一般可利用放电法来进行测量。

用伏安法测电阻时，将一个元件的电流随电压变化的情况在图上画出来，得到的就是该元件的伏安特性曲线。若元件的伏安特性曲线呈直线，则它的电阻为常数，我们称其为线性电阻；若呈曲线，即它的电阻是变化的，则称其为非线性电阻。非线性电阻伏安特性所反映出来的规律总是与一定的物理过程相联系的。利用非线性元件的特性可以研制各种新型的传感器、换能器，在温度、压力、光强等物理量的检测和自动控制方面都有广泛的应用。对非线性电阻特性及规律的研究，有助于加深对有关物理过程、物理规律及其应用的理解和认识。

电桥法测电阻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、测量准确和使用方便等特点，从而求得可引起电阻变化的其他物理量，如温度、压力、形变等。直流电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是通过调节电桥平衡，得到待测电阻值。如惠斯登电桥、开尔文电桥均是平衡式直流电桥。由于需要调节平衡，因此平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量。若某一个臂或几个臂是传感元件，其阻值可随待测物理量的改变而变化，电桥处于非平衡态，此时电桥间的电势不相等。电势差的大小反映了电阻的变化情况。若在两点间接入电流计，则有电流流过。测量两点间的不平衡电压（或电流），即可了解电路中电阻的变化情况，从而获得待测物理量的变化。直流非平衡电桥相对平衡电桥而言，在工程技术中应用更为广泛，比如有些电阻准确度要求不高，但需要连续快捷的测量，就要应用非平衡电桥。由于传感器的广泛应用，在非平衡电桥中，某一个臂或几个臂可以是传感元件，其阻值可随某一物理量的变化而相应改变，用非平衡电桥可以快速连续地测定其阻值的改变，因此可以得到该物理量的变化信息，从而完成一定的测量。因此，电桥电路不仅可精测电阻，而且可以用于测量电感、电容、频率等许多物理量，已被广泛地应用于电工技术和非电量电测中。根据用途不同，电桥有多种类型，它们的性能、结构各异，但其基本原理却是相同的。

二、预习提要

1、单臂电桥和双臂电桥的平衡条件及原理图解释。如何测量电桥灵敏度。双臂电桥怎样避免了附加电阻的影响？

2、如果待测低电阻的两个电压端引线电阻较大，对测量结果有无影响？为什么？

3、二极管中PN节工作原理，比较硅和锗二极管伏安特性曲线，画出它们的理论曲线。

4、放电法测量高电阻的原理。

5、利用伏伏法和安安法，设计电路图测量电阻为200欧待测电阻。

三、实验目的

1、系统掌握电阻测量的方法。

2、 掌握误差的分配原则。在伏安法测电阻中，学会如何选择电表量程，实验电流和实验电

压。

3、 学会用伏安法测绘元件的伏安特性

4、 设计电路并用示波器观察LED 的伏安特性曲线。

5、 研究非平衡电桥的工作特性。

四、实验器材

实验装置板（超高电阻Ω>M R 1、高电阻Ω>>ΩK R M 11、中值电阻Ω>>Ω101R K 、低电阻Ω<10R 、晶体二极管、发光二极管）、导线、滑线式惠斯登电桥、QJ23a 型箱式直流单臂电桥、直流稳压电源、滑线变阻器(0～100Ω或0～200Ω)、ZX21型旋转式电阻箱、检流计、冲击电流计，电流表，可调电容箱，电压表，滑线变阻器，双刀双掷开关， 秒表，阻尼电键、示波器、信号发生器。

五、实验容

1、 伏安法测电阻和元件伏-安特性的测量

2、 直流电桥测电阻和研究非平衡电桥的工作特性

3、 放电法测量高电阻

4、 设计一电路用示波器观察二极管的伏安特性曲线。

实验一 伏安法测电阻值和元件伏-安特性的测量

【实验原理】

一、用伏安法测电阻值

根据欧姆定律，若能测出电阻R x 两端的电压U 和流过

电阻R x 的电流I ，则待测电阻值为 I U R x =

测 （5-1-1） 1、测量电路。

（1）电流表接法

接线如图5-1所示，相对误差为： E=x

A x x x R R R R R =-测。 （5-1-2） 当R x >>R A 时，相对误差较小，可用接法测量。

（2）电流表外接法

接线如图5-2所示，相对误差为：

E 外=x

V x x x x R R R R R R +-=-测 （5-1-3） 当R x <

（3）补偿法

接线如图5-3所示。这样既不存在电压表的分流，又不

存在电流表的分压，从而克服了由于电表阻的影响而产生的

系统（方法）误差。从理论上讲，测量最准确。

电流表、外接法的选择：当待测电阻值

V A X R R R ⋅>时，选接法；若V A X R R R ⋅>时，选外接法；若R x 与V A R R ⋅相近，两法都可以用。

电表量程的选择和阻的计算：为了减小仪表到来的系统误差，电表尽量选小量程，使电图5-2 外接法测电图 5-3 补偿法测电阻 图5-1 内接法测电阻