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惠斯登电桥测电阻尹晓冬实验目的•掌握惠斯登电桥的基本原理，了解桥式电路的特点。•通过用惠斯登电桥测电阻，掌握电桥的使用方法，了解电桥灵敏度概念。•学习对测量电路系统误差的简单分析。实验仪器•QJ-23型箱式电桥、电源、检流计、滑线变阻器、待测电阻、电阻箱、开关、导线。实验原理•电阻是电学元件的基本参数之一。在进行材料特性和电器装置性能研究等工作中，经常要测量电阻。根据欧姆定律来测量电阻（如伏安法测电阻）。由于利用要使用电表读数，测量准确度受到电表内阻和电表精确度的限制，不容易准确。•电桥法则克服了这些缺点，它不使用电表读数，而是将待测电阻直接与标准电阻（电阻量具）进行比较，故可达到很高的准确度。除了用来测量电阻外，电桥还可以用于测量电感、电容、频率、压力、温度、形变等许多物理量，并在自动控制中得到了广泛的应用。实验原理1.惠斯登电桥的工作原理I图1惠斯登电桥原理电路图GR1RxR0R2I1I2IxI0IgKgK1ECBDARn•惠斯登电桥如图1所示。被测电阻与三个已知电阻R1、R2、R0连成电桥的四个臂。四边形的对角线AC接电源，称为电桥的电源对角线；另一对角线BD接检流计G，称为电桥的检测对角线，也称为“桥路”。G的作用就是检测B、D这两点间的电位差。实验原理•若B、D两点之间的电位相等，（即使Kg接通）桥路中的电流，检流计指针指零，这种状态称作电桥平衡。由Ig=0且UBD=0021RRRRx即021RRRRx•为了计算方便，通常把阻值比R1/R2选定为10n（n为正负整数和0），记C=R1/R2，称为电桥的比率，则0CRRx•相应地，把R1、R2两臂称为电桥的比例臂，R0称为比较臂，是可变的（标准）电阻。实验时调节使电桥平衡，由上式可求得Rx。实验原理2．电桥的灵敏度•实验中，电桥是否平衡是依据检流计有无偏转来判定的，但检流计的灵敏度总是有限的。如取C=1。假设电桥已被调到完全平衡，故然有Rx=R0。如果此时令R0稍作变化，将R0变成R0+R，电桥就应失去平衡，从而应有一个微小的电流流过检流计，如果它小到不能使检流计发生可以觉察的偏转，我们会认为电桥仍然是平衡的，因而得出的结论，就是电桥灵敏度不够而引起的的测量误差。电桥灵敏度定义为：00RRnS实验内容1.用自组电桥测量未知电阻(1)按图1接好线路，其中R1、R2采用6位电阻箱，R0采用4位电阻箱。实验内容(2)调节检流计。检流计上附有测量开关及短路开关。测量开关在检查电桥是否平衡时使用，应当用跃接法。短路开关能使磁电式检流计的线圈自身短接，当检流计的表针摆动到停点时按下短路开关，就能使表针很快地停止摆动。检流计使用前必须把锁扣拨向白点，让线圈能自由摆动，实验完毕要把锁扣拨向红点，使线圈锁定不动。使用时如果指针的停点不指零，可以旋动零位调节旋钮调零，调零的动作要慢。实验内容(3)电桥调平衡：先粗调，再细调。•粗调：滑线变阻器可以控制回路中电流的大小。测量开始时，将Rn调到最大以保护检流计。接通开关K1，按下Kg并观察检流计的偏转情况（使用跃接法），用逐步逼近法调节R0，即如果观察到检流计指针向左偏转，则设法通过调R0使检流计指针向右偏转，如此反复可逐步缩小电阻范围，使检流计指针的偏转越来越小直至电桥接近平衡。（如果检流计指针总是偏向一个方向，原因有哪些？怎样处理？）•细调：将滑线变阻器Rn调到最小，精确调节R0，使电桥达到平衡完全。记下各R的值，计算Rx。实验内容(4)换臂测量（同样5组数据）（5）测量电桥相对灵敏度（改变1欧）实验内容2.用箱式电桥测量未知电阻及其相应的灵敏度GB100003421567892564378901367548901247865901231001010.10.0010.01BG1000X1X2100101+-8979654321图2QJ-23型惠斯登电桥面板图1-待测电阻XR接线柱；2-检流计按钮开关G；3-电源按钮开关B；4-检流计；5-检流计调零旋钮；6-检流计接线柱(使用内附检流计时，将“外接”接线柱短路。从“外接”接线柱接入外接检流计时，将“内接”接线柱短路)；7-外接电源接线柱(使用内附电源时，该接线柱悬空)；8-比例臂；9-比较臂。实验内容思考题1.引线电阻和接触电阻是否会带来系统误差?结合实验结果作出分析（例如，同为测量数十欧的电阻，哪个比率的结果较好？哪个比率的结果较差？引线电阻和接触电阻使测量结果偏大还是偏小？提示：引线电阻和接触电阻一般可达10-1Ω量级）2.用惠斯登电桥测电阻，比率臂电阻R1、R2应怎样选取才能保证测量有较高的准确度？3.电桥法测量电阻的原理是什么？如何判断电桥平衡？4.分析滑线变阻器Rn在测量中所起的作用。•严谨仔细！