自组式直流电桥测电阻实验报告.docx
- 文档编号:8358326
- 上传时间:2023-01-30
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:314.47KB
自组式直流电桥测电阻实验报告.docx
《自组式直流电桥测电阻实验报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自组式直流电桥测电阻实验报告.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
自组式直流电桥测电阻实验报告
一、实验简介
直流电桥是一种用比较法测量电阻的仪器,主要由比例臂、比较臂、检流计等构成桥式线路。
测量时将被测量与已知量进行比较而得到得测量结果,因而测量精度高,加上方法巧妙,使用方便,所以得到了广泛的应用。
电桥的种类繁多,但直流电桥是最基本的一种,它是学习其它电桥的基础。
早在1833年就有人提出基本的电桥网络,但一直未引起注意,直至1843年惠斯通才加以应用,后人就称之为惠斯通电桥。
单电桥电路是电学中很基本的一种电路连接方式,可测电阻范围为1~106Ω。
通过传感器,利用电桥电路还可以测量一些非电量,例如温度、湿度、应变等,在非电量的电测法中有着广泛的应用。
本实验是用电阻箱和检流计等仪器组成惠斯通电桥电路,以加深对直流单电桥测量电阻原理的理解。
本实验的目的是通过用惠斯通电桥测量电阻,掌握调节电桥平衡的方法,并要求了解电桥灵敏度与元件参数之间的关系,从而正确选择这些元件,以达到所要求的测量精度。
二、实验原理
电阻按其阻值可分为高、中、低三大类,R≤1Ω的电阻为低值电阻,R>1MΩ的称高值电阻,介于两者之间的电阻是中值电阻,通常用惠斯通电桥测中值电阻。
1、惠斯通电桥的工作原理
惠斯通电桥原理,如图6.1.2-1所示。
2、电桥的灵敏度
图6.1.2-1
电桥是否平衡,是由检流计有无偏转来判断的,而检流计的灵敏度总是有限的,假设电桥在R1/R2=1时调到平衡,则有Rx=R0,这时若把R0改变一个微小量△R0,则电桥失去平衡,从而有电流IG流过检流计。
如果IG小到检流计觉察不出来,
那么人们会认为电桥是平衡的,因而得到Rx=R0+△R0,△R0就是由于检流计灵敏度不够高而带来的测量误差△Rx。
引入电桥的灵敏度,定义为
S=△n/(△Rx/Rx)
式中的△Rx是在电桥平衡后Rx的微小改变量(实际上若是待测电阻Rx不能改变时,可通过改变标准电阻R0的微小变化△R0来测电桥灵敏度),△n是由于△Rx引起电桥偏离平衡时检流计的偏转格数,△n越大,说明电桥灵敏度越高,带来的测量误差就越小。
S的表达式可变换为
S=△n/(△R0/R0)=△n/△IG(△IG/(△R0/R0))=S1S2
其中S1是检流计自身的灵敏度,S2=△IG/(△R0/R0)由线路结构决定,故称电桥线路灵敏度,理论上可以证明S2与电源电压、检流计的内阻及桥臂电阻等有关。
3、交换法(互易法)减小和修正自搭电桥的系统误差
自搭一个电桥,不考虑灵敏度,则R1、R2、R0引起的误差为△Rx/Rx=△R1/R1+
△R2/R2+△R0/R0。
为减小误差,把图6.1.2-1电桥平衡中的R1、R2互换,调节R0,使IG=0,此时的R0记为R0’,则有
Rx=R2/R1R0’
,
R=R0R0
这样就消除了R1、R2造成的误差。
这种方法称为交换法,由此方法测量Rx的误差为
△Rx/Rx=1/2(△R0/R0+△R0’/R0’)
即仅与电阻箱R0的仪器误差有关。
若R0选用具有一定精度的标准电阻箱,则系统误差可以大大减小。
三、实验内容
1、按直流电桥实验的实验电路图,正确连线。
2、线路连接好以后,检流计调零。
3、调节直流电桥平衡。
4、测量并计算出待测电阻值Rx,微调电路中的电阻箱,测量并根据电桥灵敏度公式:
S=△n/(△Rx/Rx)或S=△n/(△R0/R0)计算出直流电桥的电桥灵敏度。
5、记录数据,并计算出待测电阻值。
四、实验仪器
本实验用到的实验仪器有:
电压源、滑线变阻器(2个)、四线电阻箱(3个)、检流计、待测电阻、电源开关,实验场景如下图组所示:
直流电桥(散装版)
电压源:
电源开关:
鼠标点击,打开或关闭电源。
电源指示灯:
打开电源时,指示灯变亮;关闭时,指示灯变暗;调节电压值旋钮:
左击或右击、按下鼠标左键或右键可以改变电源电压大小。
实验场景中的图片如下:
滑线变阻器:
滑动片:
可以左右拖动滑动片,粗调滑线变阻器在线路中的电阻值。
微调按钮:
点击或按下微调按钮,微调滑线变阻器在电路中的电阻值。
实验场景图,如下图所示:
四线电阻箱:
四线电阻箱,为电路提供一定大小的电阻,同时有分压的功能,电阻箱上有六个不同档位的旋钮,依次对应0.1Ω档、1Ω档、10Ω档、100Ω档、1000Ω档、10000Ω档。
每个旋钮有0—9,共10个刻度值。
左击电阻箱上的旋钮,旋钮顺时针旋转;右击,旋钮逆时针旋转。
实验场景中的图片如下图所示:
检流计:
检流计在电路中充当平衡指示器的作用,它主要由两个接线柱、一个调零旋钮、一个档位旋钮、一个短路按钮和一个电计按钮组成。
如下图所示:
调零旋钮:
进行检流计调零工作时用到,给检流计调零。
档位旋钮:
打到红点所在位置,检流计处于短路状态;打到白点位置检流计处于直接状态,也就是工作状态。
短路按钮:
短路按钮按下,检流计处于短路状态。
电计按钮:
电计按钮按下,检流计处于工作状态。
电源开关:
电源开关,控制电路的闭合。
界面中有两个按钮,一个是闭合,一个是断开。
点击闭合,开关闭合,显示闭合图片;点击断开,开关断开,显示断开图片。
实验场景中的图片如下图所示:
待测电阻:
待测电阻,为电路提供一定大小的电阻,在试验中不需要调整,是实验中需要被测量的量,没有调节界面,场景图如下图所示:
五、实验指导
1、主窗口介绍
成功进入实验场景窗体,实验场景的主窗体如下图组所示:
直流电桥(散装版)
在实验场景主窗体的右上角有“工具箱”和“帮助”两个菜单项。
工具箱提供实验中可能用到的工具;点击帮助菜单项,弹出帮助文档。
在场景的下方,从左到右,依次是“实验仪器栏”、“实验提示栏”和“实验内容栏”。
实验仪器栏里放置着实验用到的仪器,点击拖动,可以把相应的仪器拖到实验场景中去,供实验使用。
实验提示栏,即时提示实验信息或相关的操作信息。
实验内容栏,是相关实验名称的列表,点击实验名称可以重新开始实验和进行实验的切换。
实验大场景主要由一张桌子组成,本实验中,实验仪器都放在桌子上面。
在实验场景中,可以在一定范围内拖动指定仪器。
把鼠标放在仪器上面,按下Delete键,可以删除指定仪器到仪器栏。
双击场景中的仪器可以进入仪器的调节窗体。
注:
实验刚开始时,实验仪器就被初始化到实验桌上。
直流电桥(散装版)的实验仪器较多,所以它实验仪器不允许拖动和删除。
2、连线
当鼠标移动到实验仪器接线柱的上方,拖动鼠标,便会产生“导线”,当鼠标移动到另一个接线柱的时候,松开鼠标,两个接线柱之间便产生一条导线,连线成功;如果松开鼠标的时候,鼠标不是在某个接线柱上,画出的导线将会被自动销毁,此次连线失败。
根据实验电路图正确连线,连线操作完成,如下图所示:
3、检流计调零
线路连接完毕后,断开电源开关,打开检流计调节界面,按下检流计的电计按钮,旋转检流计的档位旋钮至直接当(白点所在位置),旋转调零旋钮,并观察检流计的指针,当检流计的指针指向零点,调零成功。
如下图所示:
4、根据实验内容调节电路
(1)滑线变阻器调节。
实验刚开始时,电桥一般处于不平衡状态,为了防止过大的电流通过检流计,应将与检流计串联的滑线变阻器的阻值调到最大,随着电桥逐渐平衡,再逐渐减小滑线变阻器的阻值,以提高检测的灵敏度。
(2)根据直流电桥电路图连接好电路,然后在数据表格中点击“连线”模块下的“确定状态”按钮,保存连线状态。
(3)测量未知电阻,电路连接好以后,选取合适的比例臂,调节电桥平衡,在数据表格的相应位置,记录下电阻箱R1、R2、R3(即R0处)的电阻值。
然后互换电路中的电阻箱R1、R2,并保持它们的电阻值不变,调节R3使电桥平衡,并在列表的相应位置记下R3的值(即R0'处),根据互换法测电阻公式,计算出未知电阻Rx。
测量三次,测量三次,最后计算出电阻待测电阻的平均值,填入数据表格的相应位置。
(4)测量电桥灵敏度。
根据待测电阻值,调节并设定电阻箱R1、R2、电压源、和滑线变阻器的值,在这个环境下测量电桥灵敏度,设定以后在数据表格中点击“测量并计算出电桥的灵敏度”模块下的“确定状态”按钮,保存状态。
(5)确定测量灵敏度的环境以后,调节电阻箱R3使电桥平衡,记下电桥平衡时电阻箱R3的值(即下面列表中的R0),然后在小范围内改变电阻箱R3的电阻值,记下电阻箱相对平衡位置改变的值,即△R0,和检流计指针相对平衡位置偏转的格数,即△n0,测量三次,记录实验数据,根据计算电桥灵敏度公式计算出电桥灵敏度的平均值,填入数据表格的相应位置。
(6)直流电桥灵敏度研究。
确定测量灵敏度的环境以后,依次把电压表的电压打到0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、2.5V、3.0V,分别在这些电压下调节电阻箱R3使电桥平衡,记下电桥平衡时电阻箱R3的值,然后在小范围内改变电阻箱R3的电阻值,记下电阻箱相对平衡位置改变的值,即△R0,和检流计指针相对平衡位置偏转的格数,即△n0,记录测量数据,并根据测量数据计算出相应电桥环境下的电桥灵敏度。
(7)记录数据程序提供记录数据表格,在做实验的过程中,可以把测量数据和计算数据填到数据表格中去。
点击场景右上角的记录数据按钮,可弹出记录数据窗体,如下图所示:
把测量和计算出来的数据,填入相应的位置,实验结束。
六、思考题
如果取桥臂电阻R1=R2,调节R0从0到最大,检流计指针始终偏在零点的一侧,这说明什么问题?
应作怎样的调整,才能使电桥达到平衡?
七、参考资料
1.赵凯华,陈熙谋《电磁学》高等教育出版社
2.马文蔚等《物理学教程》高等教育出版社
3.谢行恕,康士秀,霍剑青《大学物理实验》高等教育出版社
4.陆廷济,胡德敬,陈铭南《物理实验教程》同济大学出版社
- 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
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)