直流电桥法测电阻实验报告

《大学物理实验》实验报告实验名称直流电桥法测电阻专业班级：组别：姓名：学号：合作者：日期：大学物理实验报告实验目的1.了解色环电阻的读数方法，掌握直流单臂电桥测量中值电阻的原理和方法。2.学习直流双臂电桥测低值电阻的原理和方法。实验仪器QJ23型箱式直流单臂电桥、QJ24型直流双臂电桥、待测电阻、游标卡尺（0-150mm,=0.02仪mm）、螺旋测微计（0-25mm，=0.004仪mm)实验测量原理1.惠斯通电桥测中值电阻的原理惠斯通电桥原理如图1所示。其中xR为被测电阻，1R、2R均为固定电阻，sR为可调标准电阻，它们分别组成电桥的4个臂。bd上连接灵敏电流计（检流计）G，用作平衡指示器。通过适当调节桥臂的阻值，使流过检流计G的电流0gI，电桥平衡，此时b、d两点电位相等即abadUU，bcdcUU，有11xxIRIR22ssIRIR因为电桥平衡时，21II，xsII，所以有12xSRRRR，得12xsRRRR（1）此式即为惠斯通电桥测中值电阻的原理。2.开尔文电桥测低值电阻的原理如果用单臂电桥测低值电阻，引线电阻和接点电阻相对较大，测量结果不准确。为了在测低电阻时能消除它们的影响，将惠斯通电桥改进成双臂开尔文电桥，如图2所示。使得电流接头C1、C4两点的附加电阻并入了电源内阻，电压接头P1、P4两点的附加电阻分别并入了1R、2R中，P2和P3两点的附加电阻并入了较高阻值3R、4R中。C2和C3用短粗导线相连，设其电阻为r。这样除r外，其它附加电阻都可以忽略。将双臂电桥的倍率调节采用联动开关（K）调节（即保证4321RRRR），则当电桥调至平衡时仍有：IxbR1R2RxRsadDcEI1BGI2Is图1惠斯通电桥工作原理GB图2双臂电桥原理图大学物理实验报告12xsRRRR(2)此式即为惠斯通电桥测中值电阻的原理。实验内容与数据处理1.惠斯通电桥测中值电阻测量数据及处理取工作电压3V,使用惠斯通单臂电桥测量标称值分别为75.0Ω、6.20Ω、470Ω、110750Ω、210910Ω的电阻,将测量结果与万用表的测量结果做对比，数据记录如表1所示：表1箱式惠斯通电桥测电阻数据被测电阻标称值/万用表读数惠斯通电桥测量值倍率K/sR/xR/仪１％1-1075076.62-10744074.400.1508１％2-106206.23-1062466.2460.12692１％0104700.496k1-104684468.40.9568１％1107507.51k17503750315.206１％21091091.3k10912191210461.052.开尔文双臂电桥测铜导线的电阻率（1）铜导线几何尺寸数据记录表表2铜导线待测部位长度和直径123456平均值初D(mm)0.0010.0020.0020.0020.0010.001末D(mm)2.9652.9522.9272.9442.9502943铜线直径D(mm)2.9642.9502.9252.9422.94929422.945测量部位长度(mm)32.9032.5632.7833.0632.6632.8232.80（2）铜导线电阻测量数据及计算表表3箱式开尔文电桥测铜导线电阻数据及计算表倍率k读数盘值RS铜丝电阻RX()RX平均值()110-43.503.5010-43.5810-4210-43.353.3510-4310-43.653.6510-4410-43.403.4010-4510-43.783.7810-4610-43.823.8210-4大学物理实验报告（3）铜导线电阻率及不确定度的计算2-32-4-8-33.142.945103.58107.43104432.8010xdRl(m)6212222221()(61)(2.9462.945)(2.9502.945)(2.9252.945)(2.9422.945)15(2.9492.945)(2.9422.945)1(0.0000010.0000250.00040.0000090.0000160.000009)50.0096(mm)Adiiudd0.004mmBdu仪22220.00960.004=0.0104(mm)=0.00001(m)dAdBdUuu6212222221()(61)(32.9032.80)(32.5632.80)(32.7832.80)(32.0632.80)1=5(32.6632.80)(32.8232.80)1=(0.010.05760.00040.51840.01960.0004)5=0.348(mm)AlliiuSll0.02mmBlu仪220.1210.0004=0.348(mm)=0.0003(m)lAlBlUuu6212222822951()(61)(3.503.58)(3.353.58)(3.653.58)(3.403.58)1105(3.783.58)(3.823.58)210(0.00640.05290.00490.03240.040.0576)1.910()ARiiuRR450.001%()5%(3.5810)210()1010NBRRuCX大学物理实验报告22101053.810410310()RARBRUuu2222225584923100000321074310358100032800029456110(m)ldRUUUURld......)(Um=87.40.7（）10m实验结论测量结果1.标称值分别为75.0Ω、6.20Ω、470Ω、110750Ω、210910Ω的电阻，使用惠斯通单臂电桥得到的测量值分别为74.40Ω、6.246Ω、468.4Ω、7503Ω、91210Ω，万用表读数分别为76.6Ω、6.2Ω、0.496kΩ、7.51kΩ、91.3kΩ，万用表的测量结果误差较大。惠斯通单臂电桥跟传统的伏安法测量电阻相比，大大提高了测量精度，减小了电流表内外接所带来的误差。2.使用开尔文双臂电桥测量平均直径2.945mm的铜导线的电导率。测量结果为：87.40.7m=（）10分析讨论由于导线电阻和接触电阻引入了系统误差，再加上电桥灵敏度的限制，惠斯通电桥不适合测量低值电阻。而双臂电桥增加了桥臂电阻R3、R4，把P2和P4两点的接触电阻并入了较高值的R3、R4中；C2和C3用短粗导线相连，其电阻很小。这样使得附加电阻都可以忽略，因而可以准确的测量低值电阻的阻值。附思考题参考答案1.电桥法测量电阻的原理是什么？如何判断电桥平衡？原理在上文。当检流计的指针指在零时，电桥就达到平衡了。2.为什么用单臂电桥法比伏安法测量电阻的准确度更高？惠斯通单臂电桥是应用平衡法和比较法测量电阻，检流计只作为指零仪表，相对于伏安法可以有效地减小电流表内接外接时所受的电表精度和电表内阻的影响，从而有效提高测量结果的准确度。3.为什么双臂电桥能够大大减小接线电阻和接触电阻对测量结果的影响？如图2.5-2所示，C1、C4两点的接触电阻并入了电源内阻，P1、P4两点的接触电阻并入了R1、R2中，大学物理实验报告在此图中还增加了桥臂电阻R3、R4，这样把P2和P3两点的接触电阻并入了较高值的R3、R4中；C2和C3用短粗导线相连，设其电阻为r。这样除r外，其它附加电阻都可以忽略。双臂电桥能够大大减小接线电阻和接触电阻对测量结果的影响。