实验十八直流电桥测电阻实验报告.pdf

《实验十八直流电桥测电阻实验报告.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验十八直流电桥测电阻实验报告.pdf（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、基础物理实验 基础物理实验 基础物理实验 基础物理实验 实验十八 实验十八 实验十八 实验十八 直流电桥测量电阻 直流电桥测量电阻 直流电桥测量电阻 直流电桥测量电阻 实验十九 实验十九 实验十九 实验十九 非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 实验报告 实验报告 实验报告 实验报告 学 院： 学 院： 学 院： 学 院： 地 球与 空间 科学 学院 地 球与 空间 科学 学院 地 球与 空间 科学 学院 地 球与 空间 科学 学院 姓 名： 姓 名： 姓 名： 姓 名： 1 1 00 01 2 62 3

2、 1 1 00 01 2 62 3 1 1 00 01 2 62 3 1 1 00 01 2 62 3 张 晓晨 张 晓晨 张 晓晨 张 晓晨 指 导教 师： 指 导教 师： 指 导教 师： 指 导教 师： 郝 建奎 郝 建奎 郝 建奎 郝 建奎 时 间： 时 间： 时 间： 时 间： 2 0 12 2 0 12 2 0 12 2 0 12 年 年 年 年 1 1 1 1 1 1 1 1 月 月 月 月 2 1 2 1 2 1 2 1 日 日 日 日实验十八 实验十八 实验十八 实验十八 直流电桥测量电阻 直流电桥测量电阻 直流电桥测量电阻 直流电桥测量电阻 一、目的要求 1. 直流电桥的基本

3、原理； 2. 直流电桥的灵敏度及影响它的因素； 3. 平衡电桥测量电阻的误差来源。 二、仪器用具 电阻箱 3 个， 指针式检流计， 碳膜电位器， 待测电阻 3 个 ， 直流稳压电源， 单刀 双掷开关 1 个，双刀双掷开关 1 个，数字万用表 1 个，导线若干。 相关测量仪器的量程与极限误差见表 16-1. 表 1 8 - 1 实 验仪 器规 格 仪 器名 称 量 程 分 度值 允 差 D H J 1 5 H A 直 流稳 压 电 源 1 8 V 0 （ 提供 电压 范围 ） 0.5V 直 流指 针式 检流 计 A C 5 / 2 型 15di v 15 - A / di v 10 1.6 -

4、5 直 流电 阻器 Z X 9 6 1 0 9 9 9 9 . 9 0 ) 1000 , 100 , 10 % ( 1 . 0 ) 1 % ( 5 . 0 ) 1 . 0 % ( 2 三、实验原理 （一） 直流电桥平衡条件 如图 18- 1 所示， 检流计 G 对两端点 B 、 D 的电位进行比较 ， 当 B 、 D 电位相等时， 检流计中无电流通过，称电桥达到平衡。电桥平衡时有 0 = g I 0 2 1 R R R R x = （18.1） = 2 1 0 R R R R x （18.2） 如果 0 2 1 , , R R R 均已知（或 0 R 和 2 1 / R R 已知） ，则当电桥

5、平衡时，可由 18.2 式求的x R 。 图 1 8 - 1 直 流电 桥电 路图 （二） 直流电桥平衡测量电阻的误差 平衡电桥的测电阻误差有 2 个来源： （ 1 ）桥臂电阻的误差。 x R 的测量误差可用下列不确定度公式估计： 2 1 2 0 2 2 2 1 0 2 1 + + = R R R R R R R x R x （ 18.3 ） 式中 0 2 1 , , R R R 分别是 0 2 1 , , R R R 的不确定度。 为消除 2 1 / R R 的比值误差， 可交换 2 1 , R R 的位置再测，取两次结果的 2 1 , x x R R 的平均值为 x R ，有 2 1 x

6、x x R R R = （ 18.4 ） （2）电桥灵敏度的误差 定义电桥灵敏度 S x x R R n S = （18.5） 它表示电桥平衡后， x R 的相对该变量 x x R R 所引起的检流计偏转的格数 n ， 具体 测量时，用 0 0 R R 代替 x x R R 。 电桥灵敏阈是电流计偏转值取分度值 （1 格） 的 5 / 1 （ 0.2 格） 时所对应的被测量x R 的变化量 x R 。电桥灵敏阈 x R 反映了电桥平衡判断中可能包含的误差，故 x x x x R R R R n S 2 . 0 = = 又有 2 0 1 2 . 0 2 . 0 nR R R n R R x x

7、= = （ 18.6 ） 由（ 18.3 ）和（ 18.6 ）可得到 x R 的不确定度 ( ) 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 1 0 2 2 2 0 2 0 2 1 + + + = R R R x R R R R R R R R R x （ 18.7 ） i S 为检流计灵敏度，则 + + + + + + = 2 0 1 0 2 1 2 R R R R R R R R R E S S x g x i （ 18.8 ） 四、实验装置 实验装置如下图所示： 图 18-2 指针式检流计图 1 8 - 3 直 流电 桥测 量电 阻实 验装 置图 五、实验内容 （一） 用自组电桥测量位置电阻

8、及相应的电桥灵敏度 1、用实验仪器依图 18-1 连接成电桥，电源电压取 V 4 ； 2、分别用电桥测量 3 个未知电阻的阻值 2 x R 并计算其合成不确定度 2 x R ； 3、测量并计算相应的电桥灵敏度。 【注意】 （1）先用数字万用表对 x R 进行粗侧； （2）测量前将保护电阻调至最大， 最后逐步调到 0； （3）接通时，先合 b S ，后合 g S ，断开时相反。 （二） 了解影响直流电桥灵敏度的因素 电源电压取 V 4 ， 待测电阻几百欧， = = 500 1 2 R R ， 改变下列因素， 观察电桥灵 敏度的变化 1、电源电压 2、桥臂电阻 3、检流计灵敏度（串联电阻）六、实验

9、数据记录 （一）用箱式电桥测 3 个未知电阻及相应的电桥灵敏度 用万用表粗测电阻： = 5 . 47 1 x R ， = 3 . 298 2 x R ， = k 9 . 3 3 x R 表 18-2 用箱式电桥测 3 个未知电阻及相应的电桥灵敏度数据表 R x R 1 / R 2 R 0 / R / n R x / R 0 S R x1 5 0 0 / 5 0 0 4 7 . 2 4 7 . 1 4 . 2 4 7 . 2 0 . 1 2 . 0 x 1 0 3 R x2 5 0 / 5 0 0 2 9 8 3 . 0 2 9 7 3 . 0 2 . 8 2 9 8 . 3 1 0 . 0 8

10、 . 4 x 1 0 2 5 0 0 / 5 0 0 2 9 8 . 8 2 9 9 . 8 5 . 4 2 9 8 . 8 1 . 0 1 . 6 x 1 0 3 5 0 0 / 5 0 0 2 9 8 . 7 2 9 9 . 7 5 . 0 2 9 8 . 7 1 . 0 1 . 5 x 1 0 3 R x3 5 0 0 / 5 0 0 3 9 0 8 . 0 3 8 0 8 . 0 7 . 0 3 9 0 8 . 0 1 0 0 . 0 2 . 7 x 1 0 2 由（18.4）式， = = 8 . 298 2 1 x x x R R R 对于电阻箱 1 2 , R R 有 = = =

11、= 3 . 0 3 10 1000 500 3 6 2 1 e R R 对电阻箱 0 R 有 = + + = = 2 . 0 3 % 2 8 . 0 % 5 . 0 8 % 1 . 0 290 3 0 0 R R e 由（18.6）式 = = = = 03 . 0 500 0 . 3 5 . 0 500 2 . 0 2 . 0 2 . 0 2 0 1 nR R R n R R x x 将以上各值带入（18.7）式中有 ( ) = + + + = 3 . 0 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 1 0 2 2 2 0 2 0 2 1 R R R x R R R R R R R R R x 故

12、 = ) 3 . 0 8 . 298 ( 2 2 x R x R （二） 改变测量条件，观测对电桥灵敏度 S 的影响 表 18-3 测量条件对电桥灵敏度 S 的影响数据表 E / V R 1 / R 2 R h / k R 0 / R / n R x / R 0 S 4 . 0 5 0 0 / 5 0 0 0 2 9 8 . 9 2 9 7 . 9 4 . 8 2 9 8 . 9 1 . 0 1 . 4 x 1 0 3 2 . 0 5 0 0 / 5 0 0 0 2 9 8 . 8 2 9 7 . 8 2 . 8 2 9 8 . 8 1 . 0 8 . 4 x 1 0 2 4 . 0 5 0

13、0 / 5 0 0 0 0 2 9 8 8 . 0 2 9 9 8 . 0 5 . 4 2 9 8 8 . 0 1 0 2 . 4 x 1 0 2 4 . 0 5 0 0 / 5 0 0 2 . 5 5 2 9 9 . 0 2 8 9 . 0 7 . 0 2 9 9 . 0 1 0 . 0 2 . 1 x 1 0 2 根据实验结果可以做如下推测： 对比 1、2 组数据，说明电压 E 越大，灵敏度 S 越大； 对比 1、3 组数据，说明电压 2 R 越大，灵敏度 S 越小； 对比 1、4 组数据，说明串联电阻 h R 越大，灵敏度 S 越小。 七、 七、 七、 七、 思考 与讨 论 思考 与讨

14、论 思考 与讨 论 思考 与讨 论 （一） 思考题 1、会加大测量误差；中降低 E ， S 减小，也会加大测量误差。 2、电路未接通、 g S 未闭合、 G 被短路、电路接触不良、检流计指针被锁定； 检流计指针总向一侧偏转说明 0 R 调节不当。 、 （二） 讨论 本 实验的结果来看电阻值的测定比较准确，但是灵敏度的测定受到肉眼分辨格数 的影响可能会有较大偏差。实验十九 实验十九 实验十九 实验十九 非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 一、目的要求 1. 电阻的三线接法以及传感器电路的静态特性； 2.

15、非平衡电桥的测量方法； 3. 测量铂电阻温度传感器电路的输出-输入特性，计算铂电阻的温度系数。 二、仪器用具 铂电阻实验元件盒，恒流电源，数字温度计，电热杯，保温杯，烧杯，搅拌器， 毛巾，冰块，双刀双掷开关 1 个，数字万用表 1 个，导线若干。 相关测量仪器的量程与极限误差见表 19-1. 表 1 9 - 1 实 验仪 器规 格 仪 器名 称 量 程 允 差 直 流电 阻器 Z X 9 6 1 0 9 9 9 9 . 9 0 ) 1000 , 100 , 10 % ( 1 . 0 ) 1 % ( 5 . 0 ) 1 . 0 % ( 2 V C 9 8 0 6 数 字万 用表 2 0 m A

16、200m V m A 0 0 4 . 0 0 . 5 % + 数据 m V 03 . 0 0.05% + 数据 三、实验原理 （一） 铂电阻温度特性 在 C 1 0 0 0 范围内可以近似为 ( ) T A R R T 1 0 1 + = （ 19.1 ） T A R R T , , , 1 0 分别表示温度 T 时的阻值、0 摄氏度时的阻值、正温系数和温度。图 1 9 - 1 非 平衡 电桥 电路 原理 图 （二）用非平衡电桥测量铂电阻温度系数 如图 19-1 所示， I 为恒流电源； 2 1 , R R 为固定电阻， p R 为可调电阻， 用作平衡电 阻； T R 为铂电阻； out U

17、为非平衡电桥的输出电压，则 P T out R I R I U 2 1 = （19.2） 如果 2 1 R R = ，切 T R R 1 ， P R R 2 ，则 ( ) P T out R R I U = 2 0 （19.3） 令 P R 等于铂电阻在 0 摄氏度时的阻值 0 R ，带入（19.2）中，则 T A R I R I U out = = 1 0 0 0 2 2 （19.4） 由（19.4）可知，如果 0 I 保持恒定， out U 的电压表内阻足够大，则 out U 和 T 近 似呈线性关系。 ( 三）电阻的三线接法 如图 19-2 所示： 图 1 9 - 2 三 线接 法非 平

18、衡 电桥 四、实验内容 （一）测量铂电阻测温电路的输入输出特性并测定铂电阻的温度系数 实验仪器依图 19-2 连接成电路， 两万用表分别测 out U 和 0 I ， m A 4 0 = I ， 且 1 2 R R = 1、标定测温范围下限， 将数字温度计和铂电阻传感器放入冰水混合物中 ， 在 0 摄 C C S R T R P A D R 2 m A I B R 1氏度时调节电桥平衡，记录 , T out U 和 P R 的值，并确定 0 R 值； 2、测量室温下 40、55、70、80、95 摄氏度下的 out U ，并记录 3、测量 100 摄氏度时的 T 和 out U 。 （二） 用

19、自组铂电阻测温电路测量人体温度 将测量结果与数字温度计比较。 五、实验数据记录与处理 （一）测量铂电阻测温电路的输入输出特性并测定铂电阻的温度系数 表 19-2 测定铂电阻温度系数数据表 次数 1 2 3 4 5 6 7 T / C 0 2 1 . 3 3 9 . 0 5 3 . 8 6 8 . 4 8 3 . 5 1 0 0 . 5 U o u t / m V 0 . 0 5 1 6 . 1 1 2 8 . 7 1 3 9 . 8 6 5 1 . 4 9 6 2 . 3 0 7 5 . 9 3 用最小二乘法进行线性拟合有： 图 1 9 - 3 铂 电阻 温度 系数 测定 数据 拟合 图得到拟

20、合的方程为 1 9 6 9 . 0 7 5 2 6 . 0 = T U ，相关系数 9 6 2 3 . 0 = r 。 由公式: T A R I R I U out = = 1 0 0 0 2 2 可知 1 - 3 0 0 C 10 763 . 3 2 = = R I K A 计算 A 的不确定度 A 如下： C m V / 095 . 0 2 1 / 1 2 = = n r K K m A 01 . 0 3 004 . 0 % 5 . 0 006 . 4 3 0 = + = = e I = = = 06 . 0 3 % 1 . 0 100 3 0 e R 1 - 3 2 2 0 0 2 0

21、2 0 2 0 0 C 10 002 . 0 2 2 2 0 0 = + + = R I K A R I K R I K R I A 故有 ( ) - 1 3 C 10 002 . 0 763 . 3 = A A （二） 用自组铂电阻测温电路测量人体温度 将 m V 73 . 26 = out U 带入拟合出的线性方程可以解出， C 7 7 . 3 5 = T 而数字温度计的测出结果为 C 6 . 35 = T 二者相差不大， 从某种意义上可以认为铂电阻测温电路的结果更接近人体真实温 度。 六、思考与讨论 1、产生误差的可能因素有：初始条件并非零摄氏度或零摄氏度时未调节电桥平 衡， 搅拌不均匀导致温度与电压不匹配， 导线的电阻存在影响。 为了解决这些测量误 差，我们采取三线式非平衡电桥的解法，并用最小二乘法对数据进行线性拟合。 2、可能是试验中引入了非线性的误差，如初始时未调到电桥平衡，但是截距并 不影响测温精度