物理實驗 用惠斯通電橋測電阻 實驗報告

2021-08-07 13:39:50 字數 2993 閱讀 3334

電阻r1r2為電橋的比率臂,r0為比較臂,rx為待測臂。

只要檢流計足夠靈敏,等式(1)就能相當好地成立,被測電阻值rx可以僅從三個已知電阻的值來求得,而與電源電壓無關。由於r1、r2和r0可以使用標準電阻,而標準電阻可以製作得十分精密,這一過程相當於把rx和標準電阻相比較,因而測量的準確度可以達到很高。

2.電橋的靈敏度

電橋平衡後,將r0改變△r0,檢流計指標偏轉△n格。如果乙個很小的△r0能引起較大的△n偏轉,電橋的靈敏度就高,電橋的平衡就能夠判斷得更精細。

電表(檢流計)的靈敏度是以單位電流變化量所引起電表指標偏轉

的格數來定義的,即 (5-2)

同樣在完全處於平衡的電橋裡,若測量臂電阻rx改變乙個微小量△rx,將引起檢流計指標所偏轉的格數△n,定義為電橋靈敏度,即 (5-3)

但是電橋靈敏度不能直接用來判斷電橋在測量電阻時所產生的誤差,故用其相對靈敏度來衡量電橋測量的精確程度,即有(5-4)

定義為電橋的相對靈敏度。它反映了電橋對電阻相對變化量的分辨能力,實驗中可以據此測出所用電橋的靈敏度。可以證明改變任何乙個橋臂,電橋的相對靈敏度都是相同的。

(5-5)

當電橋處於平衡點附近,且為微小量時,可以得到

(5-6)

由(5-6)式分析可知:

(1)電橋靈敏度s與檢流計的靈敏度成正比,檢流計靈敏度越高電橋的靈敏度也越高。

(2)電橋的靈敏度與電源電壓e成正比,為了提高電橋靈敏度可適當提高電源電壓e。

(3)電橋靈敏度隨著四個橋臂上的電阻值的增大而減小,隨著()的增加而減小,臂上的電阻阻值選得過大,將大大降低其靈敏度,臂上的電阻阻值相差太大,也會降低其靈敏度。

以上結論為改善電橋相對靈敏度指出了方向,需要指出,在運用提高電源電壓和減小橋路各臂阻值以便提高電橋相對靈敏度,千萬不要使各臂電阻的負載超過其額定功率,不然將會損壞各臂電阻。

同時一般成品電橋為了提高其測量靈敏度,通常都安裝有外接檢流計與外接電源接線柱。但是外接電源電壓的選定不能簡單為提高其測量靈敏度而無限制地提高,還必須考慮橋臂電阻的額定功率,不然就會出現燒壞橋臂電阻的危險。

【實驗內容】

一、用自組惠斯通電橋測電阻

測量的電路圖如圖5.1所示,圖中r1、r2和r0均為旋臂電阻箱,rx為待測電阻,滑線變阻器的作用是來調節加在電橋兩端的電壓大小。具體的實驗步驟如下:

1.首先用萬用表粗測出待測電阻的大小,然後選擇合適的比例

2.調節電源的輸出旋鈕,使其輸出相對較低的電壓,調節r0使檢流計指標不偏轉,再調高電源的輸出電壓,繼續調節r0使檢流計指標不偏轉,記下此時r0的數值,利用公式(5-1)計算出待測電阻值。

3.對於同乙個被測電阻,使用三個不同的比例臂,重複步驟(2)進行測量,取三次測量的平均值即為最終的值。填寫以下**:

本實驗使用ac5/2型0.5級直流指標式檢流計,它的靈敏度較高,使用時必須注意:

(1)將指標鎖鈕轉向白點處,此時指標可以轉動,進行零點校準。

(2)測試時將「電計」開關按下,檢流計與線路接通,否則指標不偏轉。斷電後,若指標來回擺動,則可按一下「短路」開關,使之盡快靜止,以便再次測試。

(3)在初調電橋平衡時,如果發現按下「電計」開關時,指標以較快的速度偏向一側,此時應立刻鬆開「電計"開關,防止非瞬時過載引起的損壞。注意不要將「電計」按鈕鎖住。

(4)檢驗電橋是否達到平衡,是以按下「電計」按鈕,指標不發生任何可察覺的擺動為準,不要以指標是否指零為依據。

(5)測量完畢應將指標鎖鈕撥向紅點,使檢流計指標出於止動狀態。

二、用箱式惠斯通電橋測電阻

箱式橋是把電橋的各個元件,包括標準電阻箱、檢流計、保護電阻、電源、開關等,裝在乙個箱子裡,便於攜帶、使用方便.箱式電橋型號各異,本實驗使用的qj一23型直流單臂電橋,又叫惠斯通電橋,適用於測量10ω以上的中值電阻。

具體的實驗步驟如下:

1.首先進行零點調節,當無電流通過檢流計時,其指標應指向零點。

2.將待測電阻rx接在接線柱rx1、rx2之間,根據待測電阻阻值的大小,適當選擇比率臂k值(可參看倍率選擇表)。k值的大小要使比較臂(電阻箱)上的四個刻度轉盤,都要參與調節,即保證電阻的測量結果達到四位有效數。

3.k一般應置於乙個估計值,按下電源按鈕b,同時按下按鈕g將檢流計接通,觀察檢流計指標偏轉情況,若指標是偏向「+」的一邊,說明待測電阻rx大於估計值,這時應當增大比較臂上電阻的示值;反之若檢流計指標是偏向「一」一邊,說明待測電阻rx比估計值小,應減小比較臂上電阻示值.逐個調節比較臂電阻箱上的四個旋鈕(四個旋鈕的調節順序應由大到小),直到檢流計接近零。比較臂上四個盤讀數之和乘上倍率k值即為待測電阻的阻值,即,並填寫以下**:

注意:電源按鈕開關,實驗中不要將此開關g按下鎖住,以避免電流熱效應引起的阻值改變,並防止電池很快耗盡。電流計按鈕開關一般只能躍按,以避免非瞬時過載而引起的損壞。

【原始資料】

【資料處理】

自組電橋:

箱式電橋:

【實驗資料分析】

一、自組惠斯通電橋測電阻

標稱值為50ω電阻:

標稱值為800ω電阻:

標稱值為2000ω電阻:

二、箱式惠斯通電橋測電阻

標稱值為50ω電阻:

標稱值為800ω電阻:

標稱值為2000ω電阻:

【思考題】

1.電橋測電阻時,線路接通後,檢流計指標總是偏向一邊,無論怎樣調節,電橋達不到平衡,試分析是什麼原因?

答:檢流計指標總是偏向一邊有可能是電路短路,利用電流錶檢測流過各個電阻的電流可以排查出問題所在。

2.在使用qj一23型直流單臂電橋測量電阻時,為什麼選取的比率臂一般應使單電橋的四個測量盤盡可能用上?

答:因為四個測量盤都用上表示測得的資料有四位有效數字,這樣使結果更加精確。

3.在調節r0的過程中,若檢流計相鄰兩次偏轉方向相同或相反,各說明什麼問題?下一步應當怎樣調節r0,才能盡快找到平衡?

答:若後一次是增加r0的值,而且與前一次檢流計偏向方向相同,那麼就意味著r0小,應繼續增加r0的值;若後一次是增加r0的值,而且與前一次檢流計偏向方向相反,那麼說明r0的值應該在兩次調節的範圍之間,要盡快找到平衡就必須調節更小倍率的旋鈕,觀察偏轉的情況。

4.為了提高電橋測量的靈敏度,應採取哪些措施?為什麼?

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