自组惠斯登电桥测电阻

【实验原理】 实验原理】
• 如果将待测电阻 与标准电阻并联到电 如果将待测电阻Rx与标准电阻并联到电 源上，如图（ ）所示，则有： 源上，如图（1）所示，则有 I D Rx = I B RS • ，即 RX = I B RS I D
•图（1） 图 ）
• 如果两支路的电流 I D 、I B 和标准电阻的 已知， 阻值 RS 已知，则可求出 R X。这是从数学 表达形式上看。如果从物理实验方面看， 表达形式上看。如果从物理实验方面看， 还必须解决两个问题 两个问题： 要用上式求 R X 。还必须解决两个问题：一 I 怎样测？ 是 I D 、 B 怎样测？若用电流表测则不可避 免地存在误差；二是公式是通过并联条件 公式是通过并联条件， 免地存在误差；二是公式是通过并联条件， R 即相比较的两电阻 R X 、 S两端的电压相同 而得到的。怎样确保这个条件？ 而得到的。怎样确保这个条件？
• 惠斯登电桥是最常用的 直流电桥。 直流电桥。当B、D两点 、 两点 间电势不等时， 间电势不等时，有电流 通过检流计， 通过检流计，电桥不平 衡。调节 RS ，使检流计 =0)， 中电流为零( I G =0)，此 中电流为零( 两点间电势相等， 时B、D两点间电势相等， 、 两点间电势相等 电桥达到平衡， 电桥达到平衡，于是 , 有 IR =I R
I1 R x = I 2 Rs
1 122I1 R1 = I 2 R2
I1 R x = I 2 Rs
R1 Rx = R s = CR s R2
此式即为本实验的测量 公式。式中C= R1/R2称 公式。式中 称 为比例系数
•
由测量公式知，当电桥平衡时， 由测量公式知，当电桥平衡时，四个 关系： 桥臂的电阻间有一个简单的关系：两相
用惠斯登电桥测电阻
• 桥式电路是最常见的电路，由桥式电路制 桥式电路是最常见的电路， 是最常见的电路 成的电桥，是一各种精密的电学测量仪器， 成的电桥，是一各种精密的电学测量仪器， 可用来测量电阻、电容、 可用来测量电阻、电容、电感和电平等电 学量。并能通过转换测量， 学量。并能通过转换测量，测出其它非电 学量，如温度压力、频率、真空度等。 学量，如温度压力、频率、真空度等。
【实验内容及步骤】 实验内容及步骤】
• 一．用自组电桥测电阻 • 1．合理布置仪器，按线路图接线，打开 ．合理布置仪器，按线路图接线， 工作电源，调输出电压为5.0V。 工作电源，调输出电压为 。
• 2．取R1::R2=1:1，用万用表粗测 值 ． ，用万用表粗测Rx值 ( RX ≈20 )，调 Rs≈Rx，并使 阻值最 ， ，并使Rn阻值最 接通电源，合闸刀K1， 大。接通电源，合闸刀 ，用万用表检 两电压， 使之约等； 测AB和AD两电压，调Rs使之约等；点 和 两电压 使之约等 按检流计电计钮， 使电桥平衡(检流 按检流计电计钮，调Rs使电桥平衡 检流 使电桥平衡 计无电流通过)。 阻值最小， 计无电流通过 。调Rn阻值最小，合闸刀 阻值最小 K0(使保护电阻短路 ，再次点按检流计 使保护电阻短路)， 使保护电阻短路 电计钮，微调Rs使电桥完全平衡 使电桥完全平衡， 电计钮，微调 使电桥完全平衡，记Rs 的示值（即Rx值）。 的示值（ 值
电桥是一种用 测量的仪量， 电桥是一种用比较法测量的仪量，即 将未知量跟已知量相比较进行测量， 将未知量跟已知量相比较进行测量，它具 有较高的灵敏度和准确度， 有较高的灵敏度和准确度，在自动控制和 瞬息万变动检测中得到广泛的应用。 瞬息万变动检测中得到广泛的应用。 根据用途不同，电桥有多种类型， 根据用途不同，电桥有多种类型，其性 能构造各有特点。在各种电桥中， 能构造各有特点。在各种电桥中，惠斯登 电桥是其中最基本的一种。它通常用来准 电桥是其中最基本的一种。 确测量10— 10 6的中值电阻，惠斯登电桥又 的中值电阻， 确测量 称直流单臂电桥。 称直流单臂电桥。
• 3．交换R1与R2的位置，重复步骤2，记下 ．交换 与 的位置，重复步骤 ， 的位置 示值R’s， 示值 ，并根据公式 R x = R s ⋅ R s' 求出待测 电阻。 电阻。 • 4. 取R1::R2=1:2, 用万用表粗测 值 用万用表粗测Rx值 (R X ≈200 )，重复 、3步骤，求出第二个待 步骤， ，重复2、 步骤 测电阻。 测电阻。
图(2)
由于检流计在BD支 由于检流计在 支 路像“ 路像“桥”一样架于 BD之间。故称为 电 之间。 之间 R R R 桥。 1、R2、 S 、 X 称 为四个桥臂。 为四个桥臂。 1 R2称为 R 比例臂。RS 为比较臂。 比例臂。 为比较臂。 R X 为待测臂。当BD两点 为待测臂。 两点 电势相等时， 电势相等时，灵敏电 流计G中无电流通过 中无电流通过。 流计 中无电流通过。 =0.指针I G 不偏转，称 指针 不偏转， 为电桥平衡。 为电桥平衡。否则电 桥不平衡。 桥不平衡。 •
• 10.检流计指针不动，除了检流计损坏或锁 检流计指针不动， 检流计指针不动 扣未推下外， 扣未推下外，原因可能是电路回路未接通 对角线B、 断开 断开。 或“桥”对角线 、D断开。排除故障的顺 序是先用万用表检查电源有关输出， 序是先用万用表检查电源有关输出，合上 开关片后，检查A、 两点间有无电压 两点间有无电压， 开关片后，检查 、C两点间有无电压，最 后分段检查“ 后分段检查“桥”对角线上导线和连接是 否完好（ 否完好（检流计不能直接用万用表的测电 阻档检查！）如果仍未查出， ！）如果仍未查出 阻档检查！）如果仍未查出，肯定是四个 桥臂中两邻的两个电阻同时不通造成的。 桥臂中两邻的两个电阻同时不通造成的。
• 由于电桥采用待测电阻与标准电阻 相比较的方法。 相比较的方法。而制造较高精度的 标准电阻并不困难。同时， 标准电阻并不困难。同时，灵敏电 流计只用来判断有无电流， 流计只用来判断有无电流，只要有 足够的灵敏度即可。 足够的灵敏度即可。不存在接入误 因此，用电桥测电阻准确度高， 差。因此，用电桥测电阻准确度高， 这是电桥测电阻的主要优点。 这是电桥测电阻的主要优点。
录仪器背板上的有关数据。 录仪器背板上的有关数据。
• 8.测量完毕，应将连接片重新换到“内接” 测量完毕，应将连接片重新换到“内接” 测量完毕 以保护检流计。 上，以保护检流计。 • 9.必须按规定选择电桥测电压，若电源电压 按规定选择电桥测电压， 低于规定值，会使电桥灵敏度降低， 低于规定值，会使电桥灵敏度降低，若高 于规定值，则可能烧坏桥臂电阻。 于规定值，则可能烧坏桥臂电阻。
对桥臂电阻的乘积相等。 对桥臂电阻的乘积相等。
• 显然，Rx可由标准电阻 、R2 和Rs 可由标准电阻R1、 显然， 可由标准电阻 求得，与电源的电压无关。所以，电桥测 求得，与电源的电压无关。所以， 电阻实质上是比较测量法。 电阻实质上是比较测量法。由于标准电阻 有很高的精确度， 有很高的精确度，因而用电桥测电阻也有 很高的精确度。 很高的精确度。
• 3．自组电桥Rn 调大是减小电流降低 ．自组电桥 调大是减小电流降低G 的灵敏度并保护G， 的灵敏度并保护 ，由大调小是经过一 次粗调后提高G的灵敏度 的灵敏度。 次粗调后提高 的灵敏度。
• 4．自组电桥测量中交换R1和R2是为了消 ．自组电桥测量中交换 和 是为了消 除比例臂电阻不等值的测量误差， 除比例臂电阻不等值的测量误差，第一次 交换R1与 的位置 测出 R = R ⋅ R ，交换 与R2的位置 R 后测出 R = R ⋅ R ，则 R x = R s ⋅ R s' 。
• 为了测量方便，箱式电桥上、比例系数 为了测量方便，箱式电桥上、 C= R1/R2取成固定比率 倍率 。测量时 取成固定比率(倍率 取成固定比率 倍率)。 先确定C，然后调节Rs使电桥平衡 使电桥平衡， 先确定 ，然后调节 使电桥平衡，由 公式Rx= CRs得到测量结果。 公式 得到测量结果。 得到测量结果
实验教学指导要点】 【实验教学指导要点】
• 1．自组电桥接线时，应先接四个桥臂， ．自组电桥接线时，应先接四个桥臂， 再接桥支路，最后接入电源。 再接桥支路，最后接入电源。 • 2．用电桥测电阻之前，必须先用万用表 ．用电桥测电阻之前， 粗测待测电阻的阻值，并调 并调Rs≈Rx，以 ，
保护检流计。 保护检流计。
• 当用一根导线将某一桥臂短路时，如果检流 当用一根导线将某一桥臂短路时， 计的指针偏转的方向不变， 计的指针偏转的方向不变，则说明该桥臂是 断开的；如果检流计指针偏转的方向不变， 断开的；如果检流计指针偏转的方向不变， 则说明桥臂是完好的； 则说明桥臂是完好的；如果检流计的指针不 再偏转，则说明该桥臂对面的桥臂是断开的， 再偏转，则说明该桥臂对面的桥臂是断开的， 将断开的桥臂接通后， 将断开的桥臂接通后，再利用上述方法来判 断用导线短路的桥臂是否完好， 断用导线短路的桥臂是否完好，将查出的断 开桥臂中坏的导线或电阻换下，故障可排除。 开桥臂中坏的导线或电阻换下，故障可排除。 • 12.检流计指针摇摆不定：原因可能是电路中 检流计指针摇摆不定： 检流计指针摇摆不定 某根导线接触不良引起， 某根导线接触不良引起，可轻轻抖动各根导 找出接触不良的位置，把故障排除。 线，找出接触不良的位置，把故障排除。
1 x s 2
2 x
R1
' s
• 5．箱式电桥自身带有电源，测量中不用再 ．箱式电桥自身带有电源， 外接电源。 外接电源。使用时B、G两个电健要同时使 用，但需先按下B，再按下G；断开时则先 松开G，再松开B，以保护检流计。 以保护检流计。
• 6．选取适当的倍率（C），目的是使箱式 ．选取适当的倍率（ ），目的是使箱式 目的是 电桥上的四刻度盘都被用上，也就是测量 电桥上的四刻度盘都被用上， 值要有四位有效数字。 值要有四位有效数字。 • 7．箱式电桥在测量中量程不同时，其准 ．箱式电桥在测量中量程不同时， 确度等级不同， 的取值有变化， 确度等级不同，即α的取值有变化，请记 的取值有变化
• 二．用箱式电桥测电阻 • 1．将电桥上检流计（G）的联接片从“内 ．将电桥上检流计（ ）的联接片从“ 换到“外接” 用万用表粗测待测电阻 接”换到“外接”,用万用表粗测待测电阻 Rx的阻值，并将 接入电桥回路。 的阻值， 接入电桥回路。 的阻值 并将Rx接入电桥回路 • 2．选择适当的倍率 ，粗调四个刻度盘 ．选择适当的倍率(C)， (Rs)与Rx约等，按下 和G健，微调刻度盘， 约等， 与 约等 按下B和 健 微调刻度盘， 使检流计指针为零。此时，电桥达到平衡， 使检流计指针为零。此时，电桥达到平衡， 记下Rs的示值和 的示值和C值 记下 的示值和 值。 个电阻组成， • 3．待测电阻板由 个电阻组成，重复 、2、 ．待测电阻板由2个电阻组成 重复1、 、 步骤分别测出每个电阻及其串联和并联情 况下的四个阻值。 况下的四个阻值。