直流单臂电桥(惠斯登桥)解读.ppt

直流单臂电桥(惠斯登桥) 引言?用伏安法测电阻,受所用电表内阻的影响,在测量中往往引入方法误差;用欧姆表测量电阻虽较方便,但测量精度不高。在精确测量电阻时,常使用电桥进行测量。其测量方法同电位差计一样同属于比较测量法。?电桥不仅可以测量电阻,还可以测量许多与电阻有关的电学量和非电学量(把这类非电学量通过一定的手段转换为电学量进行测量),而且在自动控制技术中也得到了广泛的应用。?本实验所讨论的是直流单臂电桥。主要是用来测量中等阻值( 10 ~ 105 Ω)电阻的;测量低阻( 10 ~ 10-5 Ω) 用直流双臂电桥;测量高阻( 106 ~ 1012 Ω)则用专门的高阻电桥或冲击法等测量方法。实验目的? 。? 。? ?电阻的测量直流单臂电桥的原理性电路如图所示。它是由四个电阻 Ra 、 Rb 、 R0 、 RX 联成一个四边形回路,这四个电阻称做电桥的四个“臂”。在这个四边形回路的一条对角线的顶点间接入直流工作电源,另一条对角线的顶点间接入检流计,这个支路一般称做“桥”。适当地调节 R0 值,可使 C、D两点电位相同,检流计中无电流流过,这时称电桥达到了平衡实验原理?在电桥平衡时有: ? RaIa = RbIb RXIX=R0I0 ?且 Ia =IX, Ib =I0 ?则上式整理可得: ?为了计算方便,通常把 Ra/ Rb 的比值选作成 10n ( n=0, ± 1,± 2,…)。令 C=Ra/ Rb ,则: ? RX =C R0 ?可见电桥平衡时,由已知的 Ra 、 Rb (或 C)及 R0 值便可算出 RX 。人们常把 Ra 、 Rb 称做比例臂, C为比例臂的倍率; R0 称做比较臂; RX 称做待测臂。 a0bRR X R R ?实验原理?测量精度的提高?倍率 C的选取与测量精度电桥由非平衡态达到平衡态的过程中,需要调节比较臂电阻 R0 。显然 R0 调节位数越多,对电桥的平衡调节得越精细,由此给测量带来的误差就越小。为此在测量时要恰当地选取倍率 C,以使 R0 调节的有效位数尽量多。例如本实验中 R0 是一只四钮电阻箱, 调节范围为 1~ 9999 Ω,最小调节量为 1Ω;待测电阻 RX 为 1200 Ω左右。由 RX =C R0 可知,只有选取 C=1 时, R0 的四个旋钮才都用上,使电桥的平衡精细到四位有效数字。若采用内插法精确判断平衡,可获得五位有效数字,(此例若选 C= ,用这只电阻箱能把桥调平衡吗?若选 C=10 , R0 可获得几位有效数字?)可见正确选取倍率 C,可提高测量精度。实验原理?测量精度的提高?电桥灵敏度与测量精度?本实验中使用的 AC5/ Ⅱ型指针式检流计,其电流常数约为 10- 6A/ 格,当通过它的电流小于 10-7A 时,指针的偏转小于 格, 我们很难觉察出来,仍认为电桥处于平衡态,从而给测量带来误差。对此,我们引入电桥灵敏度的概念,定义为: ??或 X XR R nS??? 0 0R R nS???式中 R0 是电桥平衡时的阻值; Δ R0 是在电桥平衡后 R0 的微小改变量; Δn是电桥偏离平衡而引起检流计偏转的格数实验原理若忽略电源内阻,其表达式为: ]R)R R2()R K[(R E ga0 b 0ba X XRR RR S???????式中 K、 Rg 分别为检流计的电流常数和内阻。由此式可见,适当提高电源电压 E、选择电流常数 K和内阻 Rg 适当小的灵敏检流计、适当减小桥臂电阻( Ra+Rb+R0+RX )、尽量把桥臂配置成均压状态(即四臂电压相等),使上式中的( 2+ 值最小,这些对提高电桥灵敏度均有作用,但需根据具体情况灵活运用实验原理此外,采取一定的测量方法,可以消除某些误差,提高测量精度。例如在自组单桥测电阻 RX 中,当选取倍率 C=1 进行测量时,可方便地采用换臂法完全消除倍率 C的误差。参看图 ,若电桥平衡时比较臂为, 将 Ra 、 Rb (或 RX 、 R0 )交换位置后,若电桥再次平衡比较臂为,待测电阻 RX 则为: 式中倍率 C不见了,它的误差自然也就被消除了。为了消除桥路中温差电动势的影响,可采用电源正、反向各测一次 RX , 然后取平均的办法。)(2 1 0000RRRRR X??????????仪器用具? AC5/ Ⅱ型指针式检流计,比例臂电阻四个( 10 Ω, 100 Ω, 100 Ω, 1000 Ω),电阻箱,甲电池二节,待测电阻两个,电键两个,滑线变阻器,微安表头一只(量限 200 μ A,内阻 700 Ω左右), QJ — 24 型箱式直流电桥,数字繁用表。