惠斯通电桥_2完整版.doc

PAGE PAGE 98 实验六 惠斯通电桥 Experiment 6 Determining resistance using a Wheatstone bridge 电桥电路在电学中是一种很基本的电路。利用电桥平衡原理构成的电测仪器，不仅可以测电阻，也可以测电容、电感，并可通过这些物理量的测量来间接测量非电学量，例如温度、压力等，因此电桥电路在自动化仪表和自动控制中有着广泛的应用。本实验的基本要求是自组直流电桥，并用自组电桥及箱式电桥测量中值电阻。 实验目的Experimental purpose 掌握惠斯通电桥测量电阻的基本方法。 掌握自组惠斯通电桥的基本原理。 图1电桥原理图 电桥平衡条件(condition of electric bridge balance) 图1所示为电桥电路原理图，它是 由四个桥臂电阻和一个检流计组成，其中R1，R2是已知标准电阻，称为“比率臂”； Rs是可变标准电阻（电阻箱），称为“比较臂”； Rx是被测电阻，称为“测量臂”；B，D间接检流计。接通电路后，检流计一般不指零，说明B，D两点电位不相等，通过调节Rs，使检流计中无电流通过（IK=0），此时电桥达到平衡，由图可见，电桥平衡的条件是B、D 两点电位相等。即 又 所以有 (1) (2) 式（1）称电桥平衡条件，即相邻两臂电阻之比相等。 令M=R1/R2，称为“倍率”，则式（2）可写为Rx=MRs。因此当电桥调平衡后，只要读出M和Rs值，待测电阻Rx便可得到。 电桥灵敏度(electric bridge sensitivity) 式（2）是在电桥平衡的条件下推导出来的。而电桥是否平衡，是根据检流计指针有无偏转来判断的。检流计的灵敏度总是有限的，例如实验室常用的AC5型指针式检流计，其指针偏转一格对应电流为10-6A左右，当通过它的电流小于10-7A时，指针的偏转小于0.1格，观测者就很难觉察出来。假如电桥在=1时调到平衡，根据式（2）得到Rx= Rs，此时若把Rs改变一微小量ΔRs，电桥就应当失去平衡，检流计中应有一微小电流Ig′通过；但当Ig′10-7A时，则观察不到检流计指针的偏转，人们 ΔRs就是由于检流计灵敏度有限而给直流电桥测电阻时带来的测量误差。显而易见，检流计越灵敏，电桥就越灵敏，由检流计带给电桥的测量误差也越小。电桥的灵敏度也不是越高越好，那样会给平衡调节造成困难。电桥灵敏度的高低除了与所使用的检流计有关外，还与电源电压等其它因素有关。直流电桥灵敏度可表示为 (3) 式（3）中Δn是检流计的偏转格数，是被测阻值相对变化值。令=1，则S=Δn，这样S的大小可理解为被测电阻的阻值变化一倍时所引起的偏转格数。又令式（3）中Δn=1，则有=，如此S的大小又可以这样来理解：检流计偏转一格相当于被测电阻的相对变化为。例如S=50（格），则当Rx改变=2%时，检流计可以有一格的偏转。通常观测者可以察觉出0.2格的偏转，这就是说，由于检流计灵敏度的因素所带来的测量误差检=×0.2=0.4%。若检流计灵敏度降低为S=20（格），则它的测量误差将增大， 检=×0.2=1%。 在一般情况下，Rx是固定电阻，阻值不能改变。可以证明，在电桥平衡时有=，所以式（3）可写成 (4) 实验仪器Experimental device 自组电桥电路板(self-organizing electric bridge of circuit board) 电路图 本实验要求学生根据图2所示电路自己组装直流电桥。为能选择不同的倍率M，在AB间可换接三个不同阻值的电阻R2，为保护检流计，在BD间串接一带有单刀开关的阻流开关R0，可调标准电阻RS用标准电阻箱来担当。 图2实验线路图AZ19型检流计(model AZ19 type galvanometer) 图2实验线路图 检流计用来检测电路中的微小电流和电压，它有很高的灵敏度，在精密测量中常作为指零仪表。由于检流计需要特别高的灵敏度，它的动圈多用张丝悬挂起来，以