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实验五惠斯通电桥测中值电阻实验目的1、掌握惠斯通电桥测电阻的原理及方法。2、掌握电桥平衡调节的操作方法。3、了解提高电桥灵敏度的几种途径。电磁测量是电磁学中的一个重要内容之一。其中桥式电路制成的电桥在电磁测量中有极其广泛的应用。根据用途的不同，电桥有许多类型，其性能和结构也各有其特点，其中最简单的就是惠斯通电桥，惠斯通电桥可以测量几欧姆至几百千欧姆的中值电阻。一、惠斯通电桥的原理1、结构惠斯通电桥的线路原理如图a所示。R1、R2、R0、Rx和组成四个桥臂，其中,R1、R2组成比例臂，Rx为待测臂，R0为比较臂，四边形的一条对角线AC中接电源E，另一条对角线BD中接检流计G。所谓“桥”就是指接有检流计的BD这条对角线，检流计用来判断B，D两点电位是否相等，或者说判断“桥”上有无电流通过。2、电桥平衡调节各电阻的电阻值，可使流经检流计的电流为零，即IG=0。这时电桥达到平衡。平衡时B、D两点的电势相等，且通过R1与Rx的电流相等，通过R2与R0的电流相等。（图a）ACDR1R0GRXR2I1I2EKRERGB则UAD=UABUDC=UBC由欧姆定律得：整理得：或若、的值已知，则可以根据上式计算出。通常称为倍率，为比例臂，而称为比较臂，所以电桥由桥臂、检流计和电源三部分组成。2211RIRIUAB021RRRRX0R21RRXR21RR、21RR0R021RRRRX021RIRIUXBC如图a所示，与电源串联的用来保护电源不致因电路短接而损坏，与检流计串联的和是为了调节电桥平衡时保护检流计，不使其长时间内有较大的电流通过而设置的，通常检流计内附开关，因此该支路中可不再使用开关。ERGKGRGK二、电桥的灵敏度1、电桥灵敏度用电桥电路测量电阻Rx的计算公式仅在电桥平衡时才成立的，而电桥的平衡是依据检流计的指针是否为零来判断的，由于判断时受到眼睛分辨能力的限制而存在差异，会给测量结果带来误差，影响测量的准确性。这个影响的大小取决于电桥的灵敏度。所谓电桥灵敏度，就是在已经平衡的电桥里，当调节比较臂的电阻Rx，使之改变一个微小量△Rx，使检流计指针离开平衡位置△ｎ格，则定义电桥灵敏度S为其中是电桥平衡时比较臂的电阻值的微小变化，△Rx／Rx是比较臂的相对改变量。因此，电桥灵敏度S表示电桥平衡时，比较臂Rx改变一个相对值时，检流计指针偏转的格数。S的单位是“格”。例如，S=100格=[1／(1／100)]格，则电桥平衡后，只要Rx改变1％，检流计就会有1格的偏转。一般讲，检流计指针偏转1／10格时，就可以被觉察，也就是说，此灵敏度的电桥，在它平衡后，Rx只要改变0.1％，我们就能够觉察出来，这样由于电桥灵敏度的限制所导致的误差不会大于0.1％。这也正是我们研究电桥灵敏度的目的。XRXXRRnS2、影响电桥灵敏度的因素理论和实践都证明，电桥的灵敏度与下列因数有关。①与检流计的灵敏度有关，与检流计的灵敏度成正比。②与电源的电动势成正比，在保证不超过电阻额定电流的情况下，尽可能提高电源的电动势。③与电源的内阻和串联的限流电阻有关。增加可降低电桥的灵敏度，这对寻找平衡规律是有好处的。随着电桥逐渐趋于平衡，值应逐渐减小到最小值。ErERERER三、电桥的主要特点：1、电桥是利用把待测电阻与标准电阻进行比较的方法来达到测量电阻的目的的。由于制造高准确度的电阻并不困难，因此，用电桥测电阻时，只要检流计是足够灵敏，待测电阻则可达到其它三个桥臂的标准电阻所具有的准确度。2、电桥中检流计的作用只是判断电桥的“桥”间有无电流，并不需要提供读数，所以选用检流计只要求有很高的灵敏度，对其它技术指标并无苛求。四、实验内容1、用组装的惠斯通电桥测量电阻。2、测量电桥的灵敏度。实验指导一、实验操作技巧1、为防止电阻的数值不准确可采用换臂测量。如图a所示，将与交换后再进行测量，若交换前与交换后的测量值分别为。则待测电阻。1R2RXXRR21、21XXXRRR2、为尽快地调节电桥平衡，首先将ＲＧ调到最大值以减小电桥的灵敏度。再主调一个电阻箱。如将与调到一定的电阻值，再调，观察检流计的指针偏转情况，以确定调整值的大小变化情况。当电桥接近平衡时，再将调到最小值，当的阻值为零时，检流计的电流为零时，电桥达到平衡。3、取=时，只需调节，根据粗测的待测电阻阻值来大体确定的值，以便调节电桥平衡。1R2R0RGRGR1R2R0R0R0R二、实验测量时的注意事项1、在闭合开关前，应将调到最大值。2、注意检流计的正确使用方法。3、在用电桥测量待测电阻前，应先用万用表进行粗测。GKGR布置作业一、分析与思考1、为什么用电桥测量电阻前，先要用万用表粗测？2、本实验的测量误差与那些因素有关？二、创新设计设计一个用滑线电阻丝代替Ｒ２与Ｒ１的桥式电路用来测量电阻，滑点位置在什么地方的精确度最高？三、课后任务1、预习下一个实验，并撰写预习实验报告2、完成本实验的实验报告