实验二、惠斯通电桥测电阻课件

实验二、惠斯通电桥测电阻

Wheatstonebridge实验二、惠斯通电桥测电阻

Wheatstonebridge1Wheatstone

惠斯通(1802～1875)，英国物理学家。1802出生于英格兰的格洛斯特。青少年时代受到严格的正规训练，兴趣广泛，动手能力很强，1834年被伦敦英王学院聘为实验物理学教授。1836年当选为英国伦敦皇家学会会员，1837年当选为法国科学院外国院士。1868年由英王封为爵士，1875年10月19日在巴黎逝世。终年73岁。Wheatstone惠斯通(1802～18752趣闻轶事惠斯通电桥其实不是惠斯通本人发明的在测量电阻及进行其它电学实验中经常会用到一种叫惠斯通电桥的电路，很多人误认为它是惠斯通本人发明的。其实这是一个误会，这种电桥是由英国发明家克里斯蒂在1833年发明的。但是由于惠斯通是第一个使用这种电桥来测量电阻的人，所以习惯上人们把这种电桥成为惠斯通电桥。趣闻轶事惠斯通电桥其实不是惠斯通本人发明的3实验简介惠斯通电桥的测量原理是比较法，具有测试灵敏度高、测量精确和使用方便等特点，被广泛应用于现代工业自动控制电器技术和非电量电测法中。学习掌握惠斯通电桥测量电阻的原理，了解电桥灵敏度的概念及对测量结果精确度的影响，不仅能为正确使用单臂电桥，而且也为分析其他电桥的原理和使用方法奠定基础。实验简介惠斯通电桥的测量原理是比较法，具有测试灵敏度高4实验目的了解提高电桥灵敏度的几种途径.掌握惠斯登电桥测电阻的原理;1学会使用电桥测量电阻的方法;23实验目的1学会使用电桥测量电阻的方法;235实验仪器QJ23直流电桥QJ23a直流电桥实验仪器QJ23直流电桥QJ23a直流电桥6令C=R1/R2，称为“倍率”,用C表示，则式（2）可写为Rx=C·Rs。因此当电桥调平衡后，只要读出C和Rs值，待测电阻Rx便可得到。实验原理电桥平衡的条件是B，D两点电位相等，即又所以有令C=R1/R2，称为“倍率”,用C表示，则式（2）可7箱式电桥

箱式电桥内部电路如图，其中：比例臂R1/R2有七种值×0.001、×0.01、×0.1、×1、×10、×100、×1000。比较臂Rs为4个可调电阻9×1Ω、9×10Ω、9×100Ω、9×1000Ω箱式电桥箱式电桥内部电路如图，其中：比例臂R18电桥灵敏度

实验中判断电桥两端是否平衡的依据是看检流计的指针是否偏转。但检流计的灵敏度总是有限的。假设电桥在R1/R2=1时调到了平衡，则有Rx=Rs,这时若把Rx改变一个量，电桥就应失去平衡，从而有电流Ig通过检流计。但若Ig小到使我们察觉不出检流计偏转时，那么我们还会误认为电桥仍然是平衡的，从而得出不准确的电阻值，就是由于检流计灵敏度不够而带来的测量误差。电桥灵敏度实验中判断电桥两端是否平衡的依据是看检流9电桥灵敏度

我们为了衡量电桥的灵敏程度，引入了电桥灵敏度的概念，它定义为：式中，是在电桥平衡后的微小改变量.式中是由于电桥偏离平衡而引起的检流计偏转格数。S越大，说明电桥越灵敏，带来的误差也就越小。电桥灵敏度我们为了衡量电桥的灵敏程度，引入了电10

电桥灵敏度

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上式可写成：电桥灵敏度检流计偏转一格相当于被测电阻的相对变化为11电桥灵敏度影响电桥灵敏度S的几个因素电源电压的高低检流计本身的灵敏度四个桥臂的搭配桥路电阻的大小电桥灵敏度影响电桥灵敏度S的几个因素电源电压的高低检流计本身12倍率C与测量精度本实验中Rs是一只四钮电阻箱，调节范围为1～9999Ω，最小调节量为1Ω；显然比较臂电阻Rs调节位数越多，给测量带来的误差就越小。为此在测量时要恰当地选取倍率C，以使Rs调节的有效位数尽量多。若待测电阻Rx为1200Ω左右。由Rx=C·Rs可知，只有选取C=1时，Rs的四个旋钮才都用上，使电桥的平衡精细到四位有效数字。此例若选C=0.1，用这只电阻箱能把桥调平衡吗？若选C=10，Rs可获得几位有效数字？倍率C与测量精度本实验中Rs是一只四钮电阻箱，调节范围为1～13电桥的准确度等级与所选择的倍率有关；QJ23电桥各级倍率与有效量程、基准值、准确度等级指数的关系可见下表：倍率C有效量程(欧姆)基准值准确度等级指数(a)1000106~1111×1041072100105~1111×1031060.510104~1111×1021050.51103~1111×101040.20.1100~11111030.20.0110~111.11020.20.0011~11.11102测量不确定度可由下面公式计算：电桥测量的不确定度电桥的准确度等级与所选择的倍率有关；QJ23电桥各级倍率与有14实验内容

测量待测电阻RX1的阻值测量待测电阻RX3的阻值测量电桥的灵敏度实验内容测量待测电阻RX1的阻值15实验步骤1.检查电桥设置，对于QJ23a型直流电阻电桥，将电源B的“内一外”接拨动开关和检流计G的“内一外”接拨动开关置于内接位置；对于QJ23型直流电阻电桥，打开电源开关，将检流计G的中间接线柱与“外”接接线柱用金属片段路即可；2.按下电源按纽B，观察检流计指针是否指零，若不为零调整检流计上方的调零旋钮使其指零；3.估计待测电阻RX1的阻值（根据色环指示，或用万用表粗测），先选择好倍率C的取值，然后预置电桥上的倍率转换开关和四个读数盘的读数（保证测量结果有四位有效字）；4.将待测电阻接至电桥的待测臂RX上；实验步骤1.检查电桥设置，对于QJ23a型直流电阻电桥，将电165.采用跃按法，先后按下“B”、“G”调节读数盘，使检流计指零，先后松开“G”、“B”记录读数；6.重复步骤2—5，共测六组数据；7.用待测电阻RX3替代RX1，重复步骤2-6；8.将电阻箱（置于4000Ω档）接入待测臂RX处，调整倍率和读数盘，使电桥平衡，检流计指零，记录RX的值;9.取RX的改变量△Rx分别为2Ω

、4Ω

、6Ω

、8Ω

、10Ω

分别记录检流计的偏转格数△n;10.恢复仪器，整理实验器材、场地。实验步骤5.采用跃按法，先后按下“B”、“G”调节读数盘，使检流计指17注意事项检流计调零

测量前应预先调好检流计零位。电源及检流计开关

B是电源按钮开关，实验中不要将此开关按下锁住，以避免电流热效应引起电阻阻值改变，并防止电池很快耗尽。

G是检流计按钮开关，一般只能跃按，以避免非瞬时过载而引起检流计损坏。注意事项检流计调零18注意事项1.跃按法：电学实验中常用的一种方法。一边快速按按钮，一边观察检流计。如一手按下“B”一手跃按“G”；2.反向区间逐次逼近法：如R≈35Ω，C取1，Rx=40Ω时，指针右偏；Rx=30Ω时，指针左偏，说明平衡值在30～40，因此，逐渐缩小这一区间，即可很快找到测量点。注意事项1.跃按法：19数据记录表Rx测量数据表

基准值RN=****Ώ电桥准确度等级α=****序号i123456比率臂倍率比较臂RS/ΩRx1/Ω数据记录表Rx测量数据表序号i123456比率臂倍率比较臂20电桥相对灵敏度测量数据表

Rx=****Ώ序号i12345RX/

/Ω△RX=RX’-RX/Ω△n/格数据记录表电桥相对灵敏度测量数据表序号i12345RX//Ω△RX21实验数据处理

(1)合成不确定度：(2)相对不确定度(3)相对灵敏度实验数据处理(1)合成不确定度：22考查题

1、电桥使用中比例臂的倍率值选取应注意什么?2、电桥灵敏度与哪些因素有关?3、如何消除比例臂电阻阻值不准造成的系统误差?4、电桥的灵敏度是否越高越好?为什么?考查题1、电桥使用中比例臂的倍率值选取应注意什么?23

相关知识电阻按材料分一般有：碳膜电阻、金属膜电阻、水泥电阻、线饶电阻等。一般的家庭电器使用碳膜电阻较多，因为它成本低廉。金属膜电阻精度要高些，使用在要求较高的设备上。水泥电阻和线饶电阻都是能够承受比较大功率的，线饶电阻的精度也比较高，常用在要求很高的测量仪器上。

小功率碳膜和金属膜电阻，一般都用色环表示电阻阻值的大小，这也是我们在学习电阻的很重要的一步。电阻阻值的单位是欧姆。下面详细说明。相关知识电阻按材料分一般有：碳膜电阻、金属膜电阻、水泥24色环电阻分为四色环和五色环，先说四色环。顾名思义，就是用四条有颜色的环代表阻值大小。每种颜色代表不同的数字，如下：

黑0

棕1

红2

橙3

黄4

绿5

蓝6

紫7

灰8

白9

金、银表示误差各色环表示意义如下：

第一条色环：阻值的十位数字；

第二条色环：阻值的个位数字；

第三条色环：10的幂数；

第四条色环：误差表示。相关知识色环电阻分为四色环和五色环，先说四色环。顾名思义，就是用四条25例如：电阻色环：棕绿红金

第一位：1；

第二位：5；

10的幂为2（即100）；

误差为5%

即阻值为：15X100=1500欧=1.5千欧=1.5K

相关知识例如：电阻色环：棕绿红金

第一位：1；

第二位：26还有精确度更高的“五色环”电阻，用五条色环表示电阻的阻值大小，具体如下：

第一条色环：阻值的百位数字；

第二条色环：阻值的十位数字；

第三条色环：阻值的个位数字；

第四条色环：阻值乘数的10的幂数；

第五条色环：误差（常见是棕色，误差为1%）相关知识还有精确度更高的“五色环”电阻，用五条色环表示电阻的阻值大小27实验二、惠斯通电桥测电阻

Wheatstonebridge实验二、惠斯通电桥测电阻

Wheatstonebridge28Wheatstone

惠斯通(1802～1875)，英国物理学家。1802出生于英格兰的格洛斯特。青少年时代受到严格的正规训练，兴趣广泛，动手能力很强，1834年被伦敦英王学院聘为实验物理学教授。1836年当选为英国伦敦皇家学会会员，1837年当选为法国科学院外国院士。1868年由英王封为爵士，1875年10月19日在巴黎逝世。终年73岁。Wheatstone惠斯通(1802～187529趣闻轶事惠斯通电桥其实不是惠斯通本人发明的在测量电阻及进行其它电学实验中经常会用到一种叫惠斯通电桥的电路，很多人误认为它是惠斯通本人发明的。其实这是一个误会，这种电桥是由英国发明家克里斯蒂在1833年发明的。但是由于惠斯通是第一个使用这种电桥来测量电阻的人，所以习惯上人们把这种电桥成为惠斯通电桥。趣闻轶事惠斯通电桥其实不是惠斯通本人发明的30实验简介惠斯通电桥的测量原理是比较法，具有测试灵敏度高、测量精确和使用方便等特点，被广泛应用于现代工业自动控制电器技术和非电量电测法中。学习掌握惠斯通电桥测量电阻的原理，了解电桥灵敏度的概念及对测量结果精确度的影响，不仅能为正确使用单臂电桥，而且也为分析其他电桥的原理和使用方法奠定基础。实验简介惠斯通电桥的测量原理是比较法，具有测试灵敏度高31实验目的了解提高电桥灵敏度的几种途径.掌握惠斯登电桥测电阻的原理;1学会使用电桥测量电阻的方法;23实验目的1学会使用电桥测量电阻的方法;2332实验仪器QJ23直流电桥QJ23a直流电桥实验仪器QJ23直流电桥QJ23a直流电桥33令C=R1/R2，称为“倍率”,用C表示，则式（2）可写为Rx=C·Rs。因此当电桥调平衡后，只要读出C和Rs值，待测电阻Rx便可得到。实验原理电桥平衡的条件是B，D两点电位相等，即又所以有令C=R1/R2，称为“倍率”,用C表示，则式（2）可34箱式电桥

箱式电桥内部电路如图，其中：比例臂R1/R2有七种值×0.001、×0.01、×0.1、×1、×10、×100、×1000。比较臂Rs为4个可调电阻9×1Ω、9×10Ω、9×100Ω、9×1000Ω箱式电桥箱式电桥内部电路如图，其中：比例臂R135电桥灵敏度

实验中判断电桥两端是否平衡的依据是看检流计的指针是否偏转。但检流计的灵敏度总是有限的。假设电桥在R1/R2=1时调到了平衡，则有Rx=Rs,这时若把Rx改变一个量，电桥就应失去平衡，从而有电流Ig通过检流计。但若Ig小到使我们察觉不出检流计偏转时，那么我们还会误认为电桥仍然是平衡的，从而得出不准确的电阻值，就是由于检流计灵敏度不够而带来的测量误差。电桥灵敏度实验中判断电桥两端是否平衡的依据是看检流36电桥灵敏度

我们为了衡量电桥的灵敏程度，引入了电桥灵敏度的概念，它定义为：式中，是在电桥平衡后的微小改变量.式中是由于电桥偏离平衡而引起的检流计偏转格数。S越大，说明电桥越灵敏，带来的误差也就越小。电桥灵敏度我们为了衡量电桥的灵敏程度，引入了电37

电桥灵敏度

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上式可写成：电桥灵敏度检流计偏转一格相当于被测电阻的相对变化为38电桥灵敏度影响电桥灵敏度S的几个因素电源电压的高低检流计本身的灵敏度四个桥臂的搭配桥路电阻的大小电桥灵敏度影响电桥灵敏度S的几个因素电源电压的高低检流计本身39倍率C与测量精度本实验中Rs是一只四钮电阻箱，调节范围为1～9999Ω，最小调节量为1Ω；显然比较臂电阻Rs调节位数越多，给测量带来的误差就越小。为此在测量时要恰当地选取倍率C，以使Rs调节的有效位数尽量多。若待测电阻Rx为1200Ω左右。由Rx=C·Rs可知，只有选取C=1时，Rs的四个旋钮才都用上，使电桥的平衡精细到四位有效数字。此例若选C=0.1，用这只电阻箱能把桥调平衡吗？若选C=10，Rs可获得几位有效数字？倍率C与测量精度本实验中Rs是一只四钮电阻箱，调节范围为1～40电桥的准确度等级与所选择的倍率有关；QJ23电桥各级倍率与有效量程、基准值、准确度等级指数的关系可见下表：倍率C有效量程(欧姆)基准值准确度等级指数(a)1000106~1111×1041072100105~1111×1031060.510104~1111×1021050.51103~1111×101040.20.1100~11111030.20.0110~111.11020.20.0011~11.11102测量不确定度可由下面公式计算：电桥测量的不确定度电桥的准确度等级与所选择的倍率有关；QJ23电桥各级倍率与有41实验内容

测量待测电阻RX1的阻值测量待测电阻RX3的阻值测量电桥的灵敏度实验内容测量待测电阻RX1的阻值42实验步骤1.检查电桥设置，对于QJ23a型直流电阻电桥，将电源B的“内一外”接拨动开关和检流计G的“内一外”接拨动开关置于内接位置；对于QJ23型直流电阻电桥，打开电源开关，将检流计G的中间接线柱与“外”接接线柱用金属片段路即可；2.按下电源按纽B，观察检流计指针是否指零，若不为零调整检流计上方的调零旋钮使其指零；3.估计待测电阻RX1的阻值（根据色环指示，或用万用表粗测），先选择好倍率C的取值，然后预置电桥上的倍率转换开关和四个读数盘的读数（保证测量结果有四位有效字）；4.将待测电阻接至电桥的待测臂RX上；实验步骤1.检查电桥设置，对于QJ23a型直流电阻电桥，将电435.采用跃按法，先后按下“B”、“G”调节读数盘，使检流计指零，先后松开“G”、“B”记录读数；6.重复步骤2—5，共测六组数据；7.用待测电阻RX3替代RX1，重复步骤2-6；8.将电阻箱（置于4000Ω档）接入待测臂RX处，调整倍率和读数盘，使电桥平衡，检流计指零，记录RX的值;9.取RX的改变量△Rx分别为2Ω

、4Ω

、6Ω

、8Ω

、10Ω

分别记录检流计的偏转格数△n;10.恢复仪器，整理实验器材、场地。实验步骤5.采用跃按法，先后按下“B”、“G”调节读数盘，使检流计指44注意事项检流计调零

测量前应预先调好检流计零位。电源及检流计开关

B是电源按钮开关，实验中不要将此开关按下锁住，以避免电流热效应引起电阻阻值改变，并防止电池很快耗尽。

G是检流计按钮开关，一般只能跃按，以避免非瞬时过载而引起检流计损坏。注意事项检流计调零45注意事项1.跃按法：电学实验中常用的一种方法。一边快速按按钮，一边观察检流计。如一手按下“B”一手跃按“G”；2.反向区间逐次逼近法：如R≈35Ω，C取1，Rx=40Ω时，指针右偏；Rx=30Ω时，指针左偏，说明平衡值在30～40，因此，逐渐缩小这一区间，即可很快找到测量点。注意事项1.跃按法：46数据记录表Rx测量数据表

基准值RN=****Ώ电桥准确度等级α=****序号i123456比率臂倍率比较臂RS/ΩRx1/Ω数据记录表Rx测量数据表序号i123456比率臂倍率比较臂47电桥相对灵敏度测量数据表

Rx=****Ώ序号i12345RX/

/Ω△RX=RX’-RX/Ω△n/格数据记录表电桥相对灵敏度测量数据表