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(科大奥锐模拟平台)(自组式直流电桥测电阻)惠斯登电桥实验实验报告(实验满分含有实验数据图) 学生姓名 休向凡 学 号 xxx 成绩 系(院)别 电气与机械工程学院 专 业 电气及其自动化 班级 XXX 课程名称 大学物理 实验日期 0 2020 年 年 4 月 5 5日 组 别 合作者 实 验 室 物理仿真实验平台 实验台号 指导教师 XXX 实验名称 惠斯通电桥 【实验目的】 1. 掌握电桥测电阻的原理和方法。 2. 了解减小测电阻误差的一般方法。 3. 学会用检流计的指针波动来判断电桥电阻是否平衡。 【仪器设备】 本实验用到的实验仪器有: 电压源、滑线变阻器(2 2 个)、四线 电阻箱(3 3 个)、检流计、待测电阻、电源开关,实验场景如下图组所示: (以上均在虚拟平台上的实验) 【实验原理】 电阻按其阻值可分为高、中、低三大类, R1 的电阻为低值电阻, R1M 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 1 、惠斯通电桥的工作原理 惠斯通电桥原理,如图 6.1.2- -1 1 所示。 图 图 6.1.2- -1 1 2 2 、电桥的灵敏度 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 1 R1/R2=1 时调到 平衡,则有 Rx=R0 ,这时若把 0 R0 改变一个微小量 R0 ,则电桥失去平衡,从而有电流 流 G IG 流过检流计。如果 G 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 ,0 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x Rx 是在电桥平衡后 x Rx 的微小改变量(实际上若是待测阻 电阻 x Rx 阻 不能改变时,可通过改变标准电阻 0 R0 的微小变化 R0来测电桥灵敏度),n n 是由于x Rx 引起电桥偏离平衡时检流计的偏转格数,n n 越大,说明电桥灵敏度越高, 带来的测量误差 就越小。S S 的表达式可变换为: S= n/( R0/ R0)= n/ IG ( IG/( R0/ R0) ) =S1* * S2 其中 1 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 2 S2 与电源电压、检流计的内阻及桥臂电阻等有关。 3 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 、0 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 1电桥平衡中的 R1 、2 R2 互换,调节 R0 ,使 IG=0 ,此时的 0 R0 记为R0, 则有: Rx=R2/ R1 R0 这样就消除了 R1 、2 R2 造成的误差。这种方法称为交换法,由此方法测量 x Rx 的误差为 Rx/ Rx=1/2( R0/ R0+ R0/ R0) 即仅与电阻箱 0 R0 的仪器误差有关。若 0 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。 【实验过程】 1 1 、标准电阻 Rn 选择开关选择 “ 单桥 ” 档; 2 2 、工作方式开关选择 “ 单桥 ” 档; 3 3 、电源选择开关选在有效量程里; 4 4 、 G 开关选择 “ G 内接 ” ; 5 5 、根据 Rx 的估计值,选好量成倍率,设置好 好 R1 、 R2 值和 R3 值,将位值电阻 Rx 接入 Rx 接线端子(注意 Rx 端于上方短接片应接好); 6. 按直流电桥实验的实验电路图,正确连线。 7 7 、线路连接好以后,检流计调零。 8 8 、调节 3 R3 各盘电阻,平衡后,可以选择 20mV 或 2mV 挡,细调 R3 ,使电桥平衡; 9 9 、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 或 S=n/(R0/ R0) 计算出直流电桥的电桥灵敏度。 10 、打开仪器 电源 开关、 面板指示灯亮; 11 、按下式计算被测电阻值: Rx=(R2/R1)R3 ; 12 、记录数据,并计算出待测电阻值。 【原始记录】 【数据处理】 在测定 R R x 之后,保持比例臂 R1 、 R2 不变,将比较臂 Rs 与测量臂 Rx 的位置对换,再调节 Rs 使电桥平衡,此时 Rs 变为 Rs ,则有: Rx = = 根号下 RsRs 。 灵敏度等详细数据在原始记录里面。 【结果分析】 1. 检流计灵敏度可导致偶然误差增大 。 2. 导线电阻可使测量值偏大或偏小 , , 跟电路中 电阻分布有关 , ,属系统误差 。 3. 待测电阻两端接触电阻均可造成测量结果偏大 。 4. 实验中周围的电子设备干扰 。 5. 电阻随温度变化有所改变 。 6. 选择的 R1 和 R2 过小造成系统误差,增大灵敏度 。 【问题讨论】 问:若电桥平衡后改变电源与检流计的位置,电桥是否仍然平衡? 答: : 仍然平衡, 电源 与 检流计 易位,导致电路连接方式(更科学的说法是:电路拓扑结构)变化了。开始 2 R1/R2 和 和 R3/R4(/表示并联 ), 换位 置后就是 3 R1/R3 和 和 4 R2/R4 了。 模板,内容仅供参考
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