惠斯通电桥测中值电阻 实验报告.docx

班级:38072112
姓名:张睿(38072112)
实验日期:2009年11月6日
实验老师:
基础物理实验报告
(预习报告)
一、实验名称:惠斯通电桥测中值电阻
二、实验目的:
1、掌握平衡电桥的原理——零示法与电压比较法
2、学习用交换测量法消除系统误差
3、学习灵敏度的概念,了解影响电桥灵敏度的因素
4、掌握电学实验操作规程,严格规范操作
5、学习测量电阻常用电学仪器仪表的正确使用(如惠斯通电桥、双臂电桥、电压表、电流表、检流计、滑线变阻器、电阻箱等)和箱式电桥仪器误差公式。
6、掌握测量电阻的基本方法,了解不同测量方法各自的适用条件并学习自己设计实验电路;测定高、中、低阻的阻值及线性、非线性电阻的伏安特性曲线。
三、实验仪器
检流计、滑线变阻器、箱式电桥、电阻箱、直流稳压电源、待测电阻、导线、电键
四、实验原理
惠斯通电桥G
RN
Rx
R2
R1
A
B
C
D
K2
K1
如图所示,惠斯通电桥由四个电阻和检流计组成,RN为精密电阻,Rx为待测电阻。接通电路后,调节R1、R2和RN,使检流计中电流为零,电桥达到平衡。易推得电桥平衡条件:
Rx=R1R2RN
通常称四个电阻为电桥的“臂”,接有检流计的对角线成为“桥”:R1R2称为比率或比率臂;RN为标准电阻,称为比较臂;待测电阻Rx称为测量臂。
由于电桥平衡须由检流计示零表示,故电桥测量方法为零示法,此方法精度较高。又由于电桥测电阻的过程是D点电位与C点电位进行比较(由示零器显示比较结果),经过调节RN直到两点电压为零——电桥达到平衡的过程,电桥一旦达到平衡便可由三个已知电阻定出一个未知电阻。测量过程即电压比较过程,故电桥测量又是电压比较测量。
主要优点:
i平衡电桥采用了零示法——根据示零器的“零”或“非零”的指标即可判断电桥是否平衡而不涉及数值的大小。因此,只须示零器足够灵敏就可以使电桥达到很高的灵敏度,从而为提高测量精度提供了条件。
ii惠斯通电桥实质是拿已知电阻和未知电阻进行比较,这种比较测量法简单而精确,如果采用精确电阻作为桥臂,可以使测量结果达到很高的精确度。
iii由于平衡条件与电源电压无关,故可避免电压不稳造成的误差。
交换测量法消除误差:
在实验中,R1和R2不容易测准,导致测量结果出现系统误差,我们通过交换测量法消除误差。
交换RN和Rx不改变R1和R2再次调节电桥平衡,记下此时电阻箱的值,设为R’N则
Rx=R1R2RN
推导出Rx=RNR'N
上式表明只要有一个标准电阻和两个数值稳定但不一定准确的电阻,即可得出Rx的准确值。
灵敏度的计算
在电桥平衡后,将Rx稍微改变ΔRx,电桥将失衡,检流计会有Δn的偏转,称
S=∆n∆Rx
为电桥(绝对)灵敏度。电桥灵敏度的大小是与工作电压有关的实验中,为使电桥灵敏度足够,电源电压不能过低,当然也不能过高,否则可能损坏电桥。显然若Rx改变很大范围尚不足以引起检流计指针的反应,则此电桥系统的灵敏度很低,它将对测量的精确度产生很大影响。电桥灵敏度与检流计的灵敏度、电源电压及桥臂电阻配置有关,选用较高灵敏度的检流计适当提高电源电压都可提高电桥灵敏度。
如果电阻Rx不可改变,可使标准电阻(电阻箱)改变ΔRN,其效果相当于Rx改变ΔRx