实验4344惠斯登电桥非平衡电桥

惠斯登电桥与非平衡电桥物理实验中心2013年§1.0惠斯登电桥电桥是将电阻、电容、电感等参数变化量变换成电压或电流值的一种电路。激励电源：直流电桥和交流电桥桥臂阻抗性质：电阻电桥、电容电桥和电感电桥；平衡与否：平衡电桥和非平衡电桥§1.0惠斯登电桥惠斯登电桥是一种直流平衡电桥，它是测量中值电阻的重要仪器。它是用比较法进行测量的，即在平衡条件下，将待测电阻与标准电阻进行比较以确定其阻值。具有测试灵敏、精确、方便电桥可测量电阻、电容、电感、温度、压力、湿度、应变、真空度等许多物理量，以及应用于工业和科研的自动控制中。§1.0惠斯登电桥实验目的–了解惠斯登电桥的原理和特点。–学会使用惠斯登电桥测电阻。§1.1惠斯登电桥原理0232011URRRURRRVVxADAC：即GADCBR2R3RxR1U0KRRRRRRRRxx321231或3KRRx§1.2惠斯登电桥的测量误差惠斯登电桥的基本误差极限可用下式表示：式中，α为惠斯登电桥的准确等级；K为R1与R2的比值；RN为基准值；R3为测量盘示值。KRREN)10(1003limK准确等级α电源电压/VRN0.010.550.10.3510.2510115100215210310410510610§1.2惠斯登电桥的测量误差KRREN)10(1003lim§1.2惠斯登电桥的测量误差惠斯登电桥的灵敏度也会引入一定的误差ΔR。由于我们采用的是数字检流计，其误差极限为一个最小单位（这里即为0.1μA）,但这是误差的最大值，平均误差要比这个小。一般ΔR可以这样计算：33RKR§1.2惠斯登电桥的测量误差惠斯登电桥的测量结果的误差为上面两种误差的合成：22lim)(RER§1.3用惠斯登电桥测量电阻待测电阻标称值：Rx1≈51Ω，Rx2≈220Ω，Rx3≈1.5kΩ，Rx4≈22kΩ。GADCBR2R3RxR1U0Rx1：51=K*5100.00K=0.01关键：选择合适的放大倍率K原则：R3(最大值为11111.10Ω)的有效数字尽量多，且K*R3=Rx§1.3用惠斯登电桥测量电阻待测电阻电阻标称值(Ω)比率K准确度等级αR3(Ω)(G=0)平衡后将G偏0.1μA正偏负偏正偏负偏正偏负偏正偏负偏R3'(G=±0.1μA)ΔR3=|R3'-R3|(Ω)(Ω)(Ω)测量值KR3(Ω)|Elim|(Ω)σR(Ω)Rx=KR3±σR(Ω)Rx1511.5kRx2Rx3Rx422022kR33RKR§1.3用惠斯登电桥测量电阻按照图1连接电路，将待测电阻直接接连到Rx两端。确定K;根据表格选择电压；预设电阻箱，使电桥基本平衡；同时按下B和G，微调R3，使电桥真正平衡，记下R3。为了确定检流计的误差，进一步调整R3，使检流计偏离平衡±0.1uA，分别记下此时R3的电阻值，计算偏移量。对其余三个待测电阻重复上述步骤。§2.0非平衡电桥平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，只能用于测量具有相对稳定状态的物理量非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。实验目的–了解非平衡电桥的工作原理。–研究非平衡电桥电压输出特性。–研究铜电阻的温度特性。–掌握作图法与图解法在实验数据处理中的应用。§2.1单臂非平衡电桥的原理当电桥平衡时：R1R3＝R2RxR1:R2＝Rx:R3若把Rx的阻值由原来的Rx0变化为Rx0＋ΔR，则有非平衡电压输出。Rx＝Rx0+ΔRVCBADR2R3R1U0§2.1单臂非平衡电桥的原理设R2/R3＝K，则有000230010032100203231001)1()1)(1())(()(UKKRRKRRRRRRRRRURRRRRRURRURRRRRRRRUUUxxxxxxxxBAABRx＝Rx0+ΔRVCBADR2R3R1U0§2.1单臂非平衡电桥的原理等臂非平衡电桥：K＝1且R1＝R2卧式非平衡电桥：K＝1且R1≠R2，UAB同上22000URRRRUxxABRx＝Rx0+ΔRVCBADR2R3R1U0§2.1单臂非平衡电桥的原理立式非平衡电桥：K≠1且R1＝R2当K≠1且R1≠R2时的情况，UAB同上0001)1(UKKRRKRRUxxABRx＝Rx0+ΔRVCBADR2R3R1U0§2.2单臂非平衡电桥测电阻用非平衡电桥,确定铜电阻电阻温度系数α＝ΔR/(R0ΔT)，其中R0为0℃时的电阻值,ΔR/ΔT是铜电阻随温度的变化率（斜率）。测量温度要求：从30℃测到65℃，每次测量温度变化5℃，或从起始温度开始每次测量温度变化5℃。§2.2单臂非平衡电桥测电阻连接好电路，并预设好电阻箱：R1=R2=500Ω，R3≈55Ω；用平衡电桥测量室温下的铜电阻阻值：转换开关转至平衡—1.3V;调节R3使电桥平衡,此时，R3的读数即为室温下的铜电阻阻值Rx0；将功能转换开关转至非平衡—电压，保持各个电阻箱不变。从室温（仪器起始温度，要求小于35℃）开始升温，记录温度每变化5℃时的非平衡电压输出（mv)，共测8个点。并求出阻值变化量ΔR和铜电阻的阻值R；画R(T)－T图，用图解法求出0℃时的电阻值R0和电阻温度系数α（=ΔR/(R0ΔT)）。(P22，例1)§2.2单臂非平衡电桥测电阻起始温度T=℃K=R2/R3=(R3=Rx0)606545505540铜电阻R/Ω表7－1用立式非平衡电桥测铜电阻U0＝1300.0mV3530室温下的铜电阻阻值Rx0=ΩR1＝R2＝500.0Ω温度/℃非平衡电压UAB/mV铜电阻变化量ΔR/Ω0001)1(UKKRRKRRUxxABRRRx000111ΔxABRUUKKKR＝