直流电桥测电阻实验报告Word格式.docx
- 文档编号:17726473
- 上传时间:2022-12-08
- 格式:DOCX
- 页数:6
- 大小:19.82KB
直流电桥测电阻实验报告Word格式.docx
《直流电桥测电阻实验报告Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《直流电桥测电阻实验报告Word格式.docx(6页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
由电路图知:
①I3_R_+I2_R2��=I1_R2②I3_R+I2_R1��=I1_R1③I2_(R2��+R1��)=(I3=I2)_r综合上式可知:
"
1"
212"
2"
_
121RRRRRrRRrRRRR_利用电桥结构设计,可满足"
212RRRR,同时减小r,可是R_仍满足R_=(R2/R1)_R,即R_=C_R。
(3)铜丝的电阻温度特性及数字温度计设计(3-1)铜丝的电阻温度特性∵一般金属电阻均有:
Rt=R0(1+alpha;
R_t),且纯铜alpha;
R变化小there4;
alpha;
R=(Rt-R0)/(R0_t)(3-2)数字温度计设计(3-2-1)非平衡电桥
将检流计G换为对其两端电压的测量,满足:
RtRRtRRREt21U。
(3-2-2)互易桥在非平衡电桥基础上,将电源与检流计位置互换,同时将G换为mV,满足:
(1):
RtRRRRREt211U。
(3-2-3)线性化设计(目标:
(0):
Ut=1/10_tmV)
[1]设,t=0℃时,U0=0mV,且R=R0/C,Rt=R0(1+alpha;
R_t),将以上条件带入
(1)式并化简,
满足:
(2):
tCRCCRtCEUt_111_)1(2[2]由于C=0.01<
<
1,alpha;
R~10^-3℃-1,对
(2)式泰勒展开得:
(3):
UCRtCEUtt_)1(2,其中32)1t(-ECRCU为非线性误差项。
[3]忽略误差项后,使(0)与(3)完全相等,可得(4):
RCCE10)1(2
[4]根据上式调节参数C、R、E,即可达到线性化目的:
Ut=1/10_t+Delta;
UmV。
三、实验仪器
(1)惠斯通电桥:
比率臂,测量臂,端钮(_1、_2、B+、B-),检流计,按键。
(2)铜丝电阻温度系数:
铂电阻温度计,控制仪,环形电加热器,搅拌磁子,惠斯通电桥,直流稳压电源DC5V。
(3)数字温度计:
工作电源(数字调压器,直流稳压电源DC5V)。
四、实验任务及实验步骤1、惠斯通电桥测电阻
(1)熟悉电桥结构,调整检流计零位
(2)测量被测电阻标称值(3)选定比率C并预设测量盘R(4)调整电桥至平衡,读数C、R(5)改变R值R,记录检流计指针偏转值d
(6)根据公式计算R_,电桥灵敏度,并估计实验误差2、单电桥测铜丝的温度系数
(1)测量起始水温及铜丝电阻值
(2)提升温度,测量该温度下的电阻值,记录数据(3)进行直线拟合3、铜电阻数字温度计的设计组装及校验
(1)将电路改装为单电桥
(2)设置参数C、R、E(3)间隔4~5摄氏度测量Ut与t五至六次(4)进行直线拟合
五、数据处理
1、惠斯通电桥测电阻
(1)实验数据处理及其计算:
标称值20__Omega;
1KOmega;
11KOmega;
120Omega;
360KOmega;
万用表粗测值
197.06Omega;
955.5Omega;
10.914KOmega;
118.64Omega;
360.6KOmega;
比率臂读数C
0.10.1100.1100准确度等级指数alpha;
0.20.20.50.20.5
平衡时测量盘读数R
19799875109811923606平衡后将检流计调偏Delta;
d
22222与Delta;
d对应的测量盘的示值变化Delta;
R/Omega;
55053300测量值CR(Omega;
)
197.9987.51.098_10^4119.23.606_10^5|Elim|=(alpha;
%)(CR+500C)(Omega;
0.49582.07579.90.33842053Delta;
s=0.2CDelta;
R/Delta;
d(Omega;
0.050.550.033000Delta;
R_=s22limE(Omega;
0.52.10.008_10^40.30.036_10^5R_=CRplusmn;
Delta;
R_(Omega;
197.9plusmn;
0.5987.5plusmn;
2.11.098_10^4plusmn;
0.008_10^4119.2plusmn;
0.33.606_10^5plusmn;
0.036_10^5
(2)误差分析:
在使用惠斯通电桥进行测量时,由于电桥测量盘只有四位有效数字,其所能改变的最小阻值为COmega;
其所能改变的最小阻值占总阻值之比为:
C/R_=C/CR=1/R(R:
平衡时测量盘读数),故当R较小时,会出现无论如何调整表盘,检流计指针均会出现偏转的现象。
此时,只能取偏转的现象最微弱时的读数,故会出现误差。
2、单电桥测铜丝的温度系数
(1)实验数据温度22.5928.8534.1538.9543.9448.9553.9158.6664.7270.5774.06比率臂C0.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.01R读数16901734177018031835186818991934197420__2040测量值Rt(Omega;
16.9017.3417.7018.0318.3518.6818.9919.3419.7420.1620.40
(2)直线拟合结果
055202501020304050607080测量值RT(Omega;
温度(℃)
铜丝电阻-温度变化图像
其中:
R=0.067778t+15.36542,斜率a=0.067778,截距b=15.36542,相关系数r=0.999865,得alpha;
R=0.00441.℃-1
(3)作图法计算alpha;
R及分析
3、铜电阻数字温度计的设计组装及校验(0)电路参数的计算与设置C=0.01,alpha;
=》R=R0/C=截距b/C=1536Omega;
,2.313V=10)1(2RCCE
(1)实验数据电压Ut(mV)
4.254.684.965.365.705.93温度t(℃)
42.2246.4949.4253.4256.558.88
(2)直线拟合结果:
斜率0.042749截距-0.022175142相关系数0.999848262
Ut=0.t-0.022,基本符合数字温度计的设计要求。
(3)误差分析[1]在线性化设计时,非线性误差项32)1t(-ECRCU,实验中温度的测量范围为40℃~60℃,故取t=50℃,计算得Delta;
U=-1.09_10^-5。
而最小二乘法拟合数据可知,Delta;
U=-0.022,大于理论值。
[2]在实验中,我的操作一直是先观察温度计至温度较为稳定时,再进行电压测量。
由于调整测量档位以及等待电压示数稳定需要时间,在此过程中,电阻仍在缓慢加热,实际测量到的电压所对应的温度略高于先前记录的温度。
故而电压的测量值整体偏高,使得|Delta;
U|、斜率a变大,才能使所得数据拟合。
[3]在进行实验
(2)与实验(3)时,中途需要换水。
这会使烧杯中加热铜丝的水的体积不同,进而使铜丝浸泡在水中的比例不同。
这会造成一下两点影响:
①若铜丝未完全浸泡在水中,其升温时接收到了水和空气两方面的热量,当其到达某一数值时,铜丝水中部分已达到该温度,但暴露在空气中的部分可能未能及时到达,使温度的测量造成误差。
②水量不同,012345674042444648505254565860电压Ut(mV)
温度t(℃)
铜丝电压-温度变化图像
加热时需要的热量不同,加热时间不同,水量多时会造成浪费。
所以,综上①②,烧杯中的水应当两次体积基本相同,且均没过铜丝。
六、实验小结
(1)实验出现问题时应注意,从最基本的参数设置方面进行调错。
在进行实验(3)时,由于C值的错选,一直未能测量出理想实验结果。
但是,我没有及时检查电桥的参数设置,而是将输入电源反复重启,进行重复测量。
最后才核对了电桥的参数,进行调整,但同时浪费了实验时间。
(2)在测量多组数据求直线拟合关系时,应适当多测量数据,以减少测量误差的影响。
但是在此过程中,应该注意测量范围,如本次实验的铜丝温度,不可过高,超过其线性变化的区域。
(3)在分析实验误差时,可从实验的操作步骤或顺序中考虑,在分析实验(3)线性拟合的误差时,我考虑了我做实验时记录数据的顺序,发现其可能影响后续直线拟合的结果。
(4)在数字温度计的设计过程中,利用了线性化的思想,且在适当条件下对小量进行放缩以便达到设计目的,这一思想在后续实验中很有参考意义。
七、思考题
预习思考题1、
(1)组成部分:
电源,桥路检流计,三个标准电阻,一个被测电阻
(2)平衡条件:
U1=U2=》E_Rt/(R+Rt)=E_R2/(R1+R2)=》R1_Rt=R2_R2、预先估计测量范围,便于选择合适的C值并将CR预先调整至接近R_的大小,防止因检流计示数过大,而造成损毁。
3、采用跃按方式使用。
在将电桥的比率臂C和测量盘电阻R调至合适位置后,先按住B键,然后迅速点按G键,快速观察检流计指针,抬起B、G键。
4、选择合适的电桥比率臂,使得测量盘示数R的数值在合适的范围内,满足1000<
=R<
=9999。
选择测量臂时需满足:
1000<
=R粗测值/C<
5、①②
交换后的电路为:
当其平衡时:
U1=U2,则E_R/(R1+R)=E_Rt/(R2+Rt),仍满足R1_Rt=R2_R。
理论上仍可以测量电阻,无影响。
课后思考题1、①在使用单电桥进行电阻测量时,利用公式Rt=(R2/R1)_R进行计算,实验所得结果受比率臂和测量盘电阻准确度影响。
而伏安法测量电阻时,需要考虑电源电压以及电流表电压表内阻,而这些内阻数据均在实验过程中很难得到,所以甲乙何种电路连接方法,电压表分流或电流表分压的影响均无法忽略,且该方法测量时还会受到电源电压的限制。
而单电桥中C与R的数值可直接读取,只要仪器本身无问题,所得数据基本不会产生过大误差,且电源电压对测量值无影响,减少了影响实验的因素。
②由于平衡桥测量时,只需将电路调整至平衡状态,即检流计不转动的状态,所以检流计的准确度对实验没有影响。
2、
微安表的内阻一般在几千欧姆的量级。
假设其量程为Imu;
A(得到微安表时即可通过表盘读取),内阻为ROmega;
(在后续估计选择电源电压和比率臂C过程中,可带入某一数值,便于计算),则其两端可承受的最大电压为IRV。
设实验中选择的电源电压为EV,则在需要比率臂C时,同时要考虑所串联的R2对微安表的分压。
由电路图计算可知,C=1时,R21=500.01Omega;
;
C=10时,R22=909.11Omega;
C=100时,R23=990.12Omega;
C=1000时,R24=999.021Omega;
实验时,由于需要通过观察检流计指针是否摆动来观察电桥是否平衡,故电源电压不可过小,所以可先选择C=100(不选择C=1000,是因为此时测量盘读数大概率只有一位,测量精度过于不准确)。
通过E_R/(R23+R)<
=IR,估计电源电压数值,进行测量。
之后根据所得微安表内阻值决定是否减小C,以增加测量精度,继续测量。
②①
3、将电感线圈接入电路或从电路中断开时会产生冲击电流。
所以在将线圈接入电路时,先打开B电源开关,待电路稳定后,再打开检流计G。
将线圈断开时,先断开检流计G再断开B电源开关。
这样做保证当电路会产生冲击电流时,检流计未被接入电路,避免损伤电流计。
4、分析:
①当单电桥测量电阻时,由于侧臂引线和接点处存在电阻r(约为10^-2~10^-4Omega;
量级),实际所得结果为R_+r。
对于单电桥,无论被测阻值多少,虽然绝对误差基本不变,但是当被测电阻阻值与10^-2~10^-4Omega;
相当时,会产生较大相对误差。
故对单电桥电路进行改进,在双电桥中被测电阻与测量盘均使用四段接法:
和R2"
②电路分析:
121RRRRRrRRrRRRR_,在电桥设计时,使其"
212RRRR,减小了r的影响。
通过以上的设计,虽然连接处电阻基本不变,但是降低了侧臂引线、接点处及导线电阻对被测电阻的影响,当R_较小时,其所产生的相对误差不会过大。
所以双电桥更适合测量低值电阻。
5、[1]将电路断开,观察检流计指针是否指零,若有所偏离,则可调节检流计上的旋钮,使之指零。
[2]如果检流计本身无问题:
虽然检流计不能记录通过其内部的电流或者其两端的电压的数值,但其偏转方向指示了通过其内部的电流方向,通过其指针偏转角度可估计电流的大小(偏转角度越大电流越大)。
如果在调整测量盘测量过程中,检流计指针一直偏向一侧,且角度持续变大,则意味着电流变大,应当改变调整测量盘数值的趋势(如果一直将测量盘数值调小,则变成调大;
反之亦同);
如果在调整测量盘测量过程中,检流计指针一直偏向一侧,且角度变小,这意味着调整测量盘数值的趋势正确,继续调整(如果一直将测量盘数值调小,则继续调小;
反之亦同)即可得到平衡桥。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 直流 电桥 电阻 实验 报告