惠斯通电桥 实验.doc.doc

1实验3惠斯通电桥测量电阻常用伏安法和电桥法。由于伏安法测量中电表的内阻会对测量带来附加误差,测量精度受到限制。电桥是用比较法测量电阻的仪器,电桥测量的特点是灵敏、准确和使用方便。电桥分为直流电桥和交流电桥两大类。电桥不但可以测量电阻、电容、电感,还可以通过测量传感器的电阻变化,间接测量温度、压力、应变、真空度和加速度等非电学量,所以被广泛应用于现代工业自动控制,非电量电测法中。直流电桥又可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥采样调节电桥平衡测量待测电阻值,主要用于测量处于稳定状态的物理量;非平衡电桥直接测量电桥的输出,通过计算得到物理量的值,非平衡电桥主要用于测量处于变化状态的物理量。本实验的惠斯通电桥为直流电桥,又名直流单臂电桥,主要用于测量中等数量级电阻(161010???量级),虽然它的这种功能在生产和科研的大多数场合中已被其他仪器(如万用表)所取代,但是电桥电路却在自动检测,自动控制等多个领域得到广泛应用。因此,本实验不仅是要学会组装电桥测量电阻,了解基本实验方法——平衡法和比较法,更重要的是通过测量电阻掌握调整电桥平衡方法,从而了解平衡电桥的基本特性,为在自动控制以及检测电路中应用电桥电路打下一个良好基础。对于低电阻(611010????量级)的测量,要考虑其接触电阻、导线电阻的影响,应使用开尔文电桥即直流双臂电桥,对于高电阻(710?量级)则可考虑用冲击电流计等方法。【实验目的】。。。。,初步掌握消除和减小部分系统误差的方法。【实验原理】(1)惠斯通电桥的结构图1是惠斯通桥的结构图。4个电阻120,,,xRRRR连成四边形,称为电桥的4个臂,其中12,RR称为比例臂,xR为待测臂,0R为比较臂。四边形的对角线AB接上电源,称为电桥的“电源对角线”,E为电源。四边形的另一个对角线CD连有检流计,称为“桥”,R保护为阻值较大的可变电阻,在电桥不平衡时取大阻值保护检流计,在电桥接***衡时减少其阻值以提高检流计的灵敏度,电桥平衡时取R保护等于零。(2)惠斯电桥处通电桥的测量原理。在图1中,将电源接通后,当C、D两点之间的电位不相等时,桥路中的电流0gI?,此时检流计的指针发生偏转,当C、D两点之间的电位相等时,桥路中0gI?,此时检流计指针指零,这时我们称于平衡状态。当电桥平衡时我们可以得到下列公式:120120120,,,xxRRRxRRRRRIRIRIRIRIIII????于是102xRRRR?或者201xRRRR?(1)(1)式即为惠斯通电桥的平衡方程。它说明,电桥平衡时,电桥相对臂电阻的乘积相等,这就是电桥的平衡条件。根据电桥的平衡方程,xR的计算式为1002xRRRKRR??(2)图1惠斯通电桥原理图3(2)成为平衡电桥测量电阻的原理,其中12RKR?称为比率值,这也是12,RR称为比例臂的原因。由于检流计在测量过程中起判断桥路有无电流的作用,只要检流计有足够的灵敏度来反映桥路电流的变化,则xR的测量结果与检流计精度无关,120,,RRR通常用标准电阻箱,由于标准电阻可以制作得比较精密,所以利用电桥的平衡原理测电阻的准确度可以很高,大大优于伏安法测电阻,这也是电桥应用广泛的一个重要原因。,是以桥路中有无电流来进行判断的,而桥路中有无电流又是以检流计的指针是否发生偏转来确定的,但检流计灵敏度总是有限的,这就限制了对电桥是否达到平衡的判断。另外,,很难察觉出指针的偏转。。因此,引入电桥灵敏度问题。检流计灵敏度定义为:电流变化量所引起的检流计指针偏转格数n?与电流变化量gI?的比值,即gnSI???检流计(3)电桥相对灵敏度定义为:在处于平衡的电桥里,其测量臂电阻xR有一个相对的变量xxRR?,则由此而引起的检流计指针偏转格数n?与xxRR?的比值为:00xxnnSRRRR??????相对(4)电桥的相对灵敏度****惯又简称为电桥灵敏度,用S表示,S越大,说明电桥越灵敏。下面我们讨论影响S的因素。将(3)式代入(4)式。4gxxISSRR?????检流计(5)因gI?和xR?变化很小,可用其偏微商形式表示gxxISSRR?????检流计(6)利用基尔霍夫定律联立方程,经过必要的推导、整理、化简,可以得到??0112022xgxSESRRRRRRRRR????????????????????检流计(7)由(7)式分析可知:(1)电桥灵敏度S与检流计灵敏度S检流计成正比,检流计灵敏度越高,则电桥的灵敏度越高。(2)电桥灵敏度与电源电压E成正比,在确保桥臂电