实验17直流平衡电桥.doc

实验 2 单臂电桥法测量中值电阻
电桥法测量是重要测试技术之一,不但用于电工测试技术,而且在非电量测量中也广泛采用,如电阻、电流、电感、电容、频率、压力、温度等。由于它的灵敏度、精确度相对较高,又有结构简单、使用方便等特点,在现代自动化控制,仪器仪表中许多都利用电桥这些特点进行设计、调试、控制。
测电阻有多种方法,如伏安法,欧姆表法等,它们多数都不同程度地受到电表精度和接入误差的影响。使用电桥法测电阻是一种比较法,上述影响比较小,只要标准电阻很精确,检流计足够灵敏,那么被测电阻的结果就有较高的准确度。但电桥法测电阻也受到一定限制。如对高电阻(>106W)测量就不适用,必须选择其它测量方法。如冲击电流计法、兆欧表法、伏安法等。
本实验主要介绍用单臂电桥(惠斯通电桥)法测量中值电阻(1W ~106W)。
[学习重点]
掌握用惠斯通电桥测量电阻的原理和方法。
学习用交换法减小和削除系统误差。
初步研究电桥的灵敏度。
[实验原理]
惠斯通电桥的线路原理
惠斯通电桥的基本线路如图2-1所示。它是由四个电阻R1、R2、RS、Rx联成一个四边形ABCD,在对角线AB上接上电源E,在对角线CD上接上检流计G组成。接入检流计(平衡指示)的对角线称“桥”,检流计的作用就是将“桥”两端的电位UC和UD直接进行比较。而四边形的每一条边称为电桥的一个“桥臂”。在一般情况下, 桥路上检流计中有电流通过,因而检流计的指针有偏转。若适当调节电阻值,例如改变RS的大小,可以使C、D两点的电位相等,
图 2-1
C
R1
R2
Rx
RS
D
A
B
E
K
Kg
I2
G
I1
即UC= UD,此时流过检流计G的电流Ig = 0 ,这称为电桥平衡。即有
UC = UD
IRs = IR x = I1
IR2 = IR1 = I2
由欧姆定律知道
UAC = I1Rx = UAD = I2R1
UCB = I1RS = UDB = I2R2
由以上两式可得
(2-1)
上式即为电桥的平衡条件。若R1、R2、RS已知,Rx即可由上式求出。通常取R1、R2为标准电阻,R1/R2称为桥臂比,改变RS使电桥达到平衡,即检流计G中无电流流过,便可测出被测电阻Rx之值。

分析电桥线路和测量公式可知,用惠斯登电桥测量电阻Rx的误差,除其它因素外,与标准电阻R1、R2的误差有关。我们可以采用交换法来消除这一系统误差,方法是:先连接好电桥电路,调节RS使G中无电流,可由式(2-1)求出Rx。然后将R1与R2或RS与Rx交换位置,再调节RS,使G中无电流,记下此时的R¢S,可得
(2-2)
式(2-1)和(2-2)两式相乘得
R 2x = RS R¢S
或(2-3)
这样就消除了由R1、R2本身的误差对Rx引入的测量误差。Rx的测量误差只与电阻箱RS的仪器误差有关,而RS可选用高精度的标准电阻箱,这样系统误差就可减小。

(2-1)式是在电桥平衡的条件下推导出来的,而电桥是否平衡,实际上是看检流计是否有偏转来判断。检流计的灵敏度总是有限的,如我们实验中所用的检流计,指针偏转一格所对应电流大约为10-6A。当通过它的电流比10-7A还要小时,指针