1、自组式直流电桥测电阻实验报告一、实验简介直流电桥是一种用比较法测量电阻的仪器,主要由比例臂、比较臂、检流计等构成桥式线路。测量时将被测量与量进展比较而得到得测量结果,因而测量精度高,加上方法巧妙,使用方便,所以得到了广泛的应用。电桥的种类繁多,但直流电桥是最根本的一种,它是学习其它电桥的根底。早在1833年就有人提出根本的电桥网络,但一直未引起注意,直至1843年惠斯通才加以应用,后人就称之为惠斯通电桥。单电桥电路是电学中很根本的一种电路连接方式,可测电阻围为1106。通过传感器,利用电桥电路还可以测量一些非电量,例如温度、湿度、应变等,在非电量的电测法中有着广泛的应用。本实验是用电阻箱和检流
2、计等仪器组成惠斯通电桥电路,以加深对直流单电桥测量电阻原理的理解。本实验的目的是通过用惠斯通电桥测量电阻,掌握调节电桥平衡的方法,并要求了解电桥灵敏度与元件参数之间的关系,从而正确选择这些元件,以到达所要求的测量精度。二、实验原理电阻按其阻值可分为高、中、低三大类,R1的电阻为低值电阻,R1M 的称高值电阻,介于两者之间的电阻是中值电阻,通常用惠斯通电桥测中值电阻。1、惠斯通电桥的工作原理惠斯通电桥原理,如图所示。2、电桥的灵敏度图电桥是否平衡,是由检流计有无偏转来判断的,而检流计的灵敏度总是有限的,假设电桥在R1/R2=1时调到平衡,则有R*=R0,这时假设把R0改变一个微小量R0,则电桥失
3、去平衡,从而有电流IG流过检流计。如果IG小到检流计觉察不出来,则人们会认为电桥是平衡的,因而得到R*=R0+R0,R0就是由于检流计灵敏度不够高而带来的测量误差R*。引入电桥的灵敏度,定义为S=n/(R*/R*)式中的R*是在电桥平衡后R*的微小改变量实际上假设是待测电阻R*不能改变时,可通过改变标准电阻R0的微小变化R0来测电桥灵敏度,n是由于R*引起电桥偏离平衡时检流计的偏转格数,n越大,说明电桥灵敏度越高,带来的测量误差就越小。S的表达式可变换为S=n/(R0/ R0)= n/IGIG/(R0/ R0)=S1S2其中S1是检流计自身的灵敏度,S2=IG/(R0/ R0)由线路构造决定,
4、故称电桥线路灵敏度,理论上可以证明S2与电源电压、检流计的阻及桥臂电阻等有关。3、交换法互易法减小和修正自搭电桥的系统误差自搭一个电桥,不考虑灵敏度,则R1、R2、R0引起的误差为R*/ R*=R1/ R1+R2/ R2+R0/ R0。为减小误差,把图电桥平衡中的R1、R2互换,调节R0,使IG=0,此时的R0记为R0,则有R*=R2/ R1 R0,R=R0 R0这样就消除了R1、R2造成的误差。这种方法称为交换法,由此方法测量R* 的误差为R*/ R*=1/2(R0/ R0+R0/ R0)即仅与电阻箱R0的仪器误差有关。假设R0选用具有一定精度的标准电阻箱,则系统误差可以大大减小。三、实验容
5、1、按直流电桥实验的实验电路图,正确连线。2、线路连接好以后,检流计调零。3、调节直流电桥平衡。4、测量并计算出待测电阻值R*,微调电路中的电阻箱,测量并根据电桥灵敏度公式:S=n/(R*/ R*)或S=n/(R0/ R0)计算出直流电桥的电桥灵敏度。5、记录数据,并计算出待测电阻值。四、实验仪器本实验用到的实验仪器有:电压源、滑线变阻器2个、四线电阻箱3 个、检流计、待测电阻、电源开关,实验场景如以下图组所示:直流电桥散装版电压源:电源开关:鼠标点击,翻开或关闭电源。电源指示灯:翻开电源时,指示灯变亮;关闭时,指示灯变暗;调节电压值旋钮:左击或右击、按下鼠标左键或右键可以改变电源电压大小。实
6、验场景中的图片如下:滑线变阻器:滑动片:可以左右拖动滑动片,粗调滑线变阻器在线路中的电阻值。微调按钮:点击或按下微调按钮,微调滑线变阻器在电路中的电阻值。实验场景图,如以下图所示:四线电阻箱:四线电阻箱,为电路提供一定大小的电阻,同时有分压的功能,电阻箱上有六个不同档位的旋钮,依次对应0.1档、1档、10档、100档、1000档、10000 档。每个旋钮有09,共10个刻度值。左击电阻箱上的旋钮,旋钮顺时针旋转;右击,旋钮逆时针旋转。实验场景中的图片如以下图所示:检流计:检流计在电路中充当平衡指示器的作用,它主要由两个接线柱、一个调零旋钮、一个档位旋钮、一个短路按钮和一个电计按钮组成。如以下图
7、所示:调零旋钮:进展检流计调零工作时用到,给检流计调零。档位旋钮:打到红点所在位置,检流计处于短路状态;打到白点位置检流计处于直接状态,也就是工作状态。短路按钮:短路按钮按下,检流计处于短路状态。电计按钮:电计按钮按下,检流计处于工作状态。电源开关:电源开关,控制电路的闭合。界面中有两个按钮,一个是闭合,一个是断开。点击闭合,开关闭合,显示闭合图片;点击断开,开关断开,显示断开图片。实验场景中的图片如以下图所示:待测电阻:待测电阻,为电路提供一定大小的电阻,在试验中不需要调整,是实验中需要被测量的量,没有调节界面,场景图如以下图所示:五、实验指导1、主窗口介绍成功进入实验场景窗体,实验场景的主
8、窗体如以下图组所示:直流电桥散装版在实验场景主窗体的右上角有“工具箱和“帮助两个菜单项。工具箱提供实验中可能用到的工具;点击帮助菜单项,弹出帮助文档。在场景的下方,从左到右,依次是“实验仪器栏、“实验提示栏和“实验容栏。实验仪器栏里放置着实验用到的仪器,点击拖动,可以把相应的仪器拖到实验场景中去,供实验使用。实验提示栏,即时提示实验信息或相关的操作信息。实验容栏,是相关实验名称的列表,点击实验名称可以重新开场实验和进展实验的切换。实验大场景主要由一桌子组成,本实验中,实验仪器都放在桌子上面。在实验场景中,可以在一定围拖动指定仪器。把鼠标放在仪器上面,按下Delete 键,可以删除指定仪器到仪器
9、栏。双击场景中的仪器可以进入仪器的调节窗体。注:实验刚开场时,实验仪器就被初始化到实验桌上。直流电桥散装版的实验仪器较多,所以它实验仪器不允许拖动和删除。2、连线当鼠标移动到实验仪器接线柱的上方,拖动鼠标,便会产生“导线,当鼠标移动到另一个接线柱的时候,松开鼠标,两个接线柱之间便产生一条导线,连线成功;如果松开鼠标的时候,鼠标不是在*个接线柱上,画出的导线将会被自动销毁,此次连线失败。根据实验电路图正确连线,连线操作完成,如以下图所示:3、检流计调零线路连接完毕后,断开电源开关,翻开检流计调节界面,按下检流计的电计按钮,旋转检流计的档位旋钮至直接当白点所在位置,旋转调零旋钮,并观察检流计的指针
10、,当检流计的指针指向零点,调零成功。如以下图所示:4、根据实验容调节电路(1)滑线变阻器调节。实验刚开场时,电桥一般处于不平衡状态,为了防止过大的电流通过检流计,应将与检流计串联的滑线变阻器的阻值调到最大,随着电桥逐渐平衡,再逐渐减小滑线变阻器的阻值,以提高检测的灵敏度。(2)根据直流电桥电路图连接好电路,然后在数据表格中点击“连线模块下的“确定状态按钮,保存连线状态。(3)测量未知电阻,电路连接好以后,选取适宜的比例臂,调节电桥平衡,在数据表格的相应位置,记录下电阻箱R1、R2、R3(即R0处)的电阻值。然后互换电路中的电阻箱R1、R2,并保持它们的电阻值不变,调节R3使电桥平衡,并在列表的
11、相应位置记下R3的值即R0处,根据互换法测电阻公式,计算出未知电阻R*。测量三次,测量三次,最后计算出电阻待测电阻的平均值,填入数据表格的相应位置。(4)测量电桥灵敏度。根据待测电阻值,调节并设定电阻箱R1、R2、电压源、和滑线变阻器的值,在这个环境下测量电桥灵敏度,设定以后在数据表格中点击“测量并计算出电桥的灵敏度模块下的“确定状态按钮,保存状态。(5)确定测量灵敏度的环境以后,调节电阻箱R3使电桥平衡,记下电桥平衡时电阻箱R3的值即下面列表中的R0,然后在小围改变电阻箱R3的电阻值,记下电阻箱相对平衡位置改变的值,即R0,和检流计指针相对平衡位置偏转的格数,即n0,测量三次,记录实验数据,
12、根据计算电桥灵敏度公式计算出电桥灵敏度的平均值,填入数据表格的相应位置。(6)直流电桥灵敏度研究。确定测量灵敏度的环境以后,依次把电压表的电压打到0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、2.5V、3.0V,分别在这些电压下调节电阻箱R3使电桥平衡,记下电桥平衡时电阻箱R3的值,然后在小围改变电阻箱R3 的电阻值,记下电阻箱相对平衡位置改变的值,即R0,和检流计指针相对平衡位置偏转的格数,即n0,记录测量数据,并根据测量数据计算出相应电桥环境下的电桥灵敏度。(7)记录数据程序提供记录数据表格,在做实验的过程中,可以把测量数据和计算数据填到数据表格中去。点击场景右上角的记录数据按钮,可弹出记录数据窗体,如以下图所示:把测量和计算出来的数据,填入相应的位置,实验完毕。六、思考题如果取桥臂电阻R1= R2,调节R0从0到最大,检流计指针始终偏在零点的一侧,这说明什么问题.应作怎样的调整,才能使电桥到达平衡.七、参考资料1.凯华,熙谋?电磁学?高等教育2.马文蔚等?物理学教程?高等教育3.行恕,康士秀,霍剑青?大学物理实验?高等教育4.陆廷济,胡德敬,铭南?物理实验教程?同济大学
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