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1、惠斯登电桥与非平衡电桥惠斯登电桥与非平衡电桥物理实验中心物理实验中心20132013年年1.0 1.0 惠斯登电桥惠斯登电桥l电桥是将电阻、电容、电感等参数变化电桥是将电阻、电容、电感等参数变化量变换成电压或电流值的一种电路。量变换成电压或电流值的一种电路。l激励电源：直流电桥和交流电桥激励电源：直流电桥和交流电桥l桥臂阻抗性质：电阻电桥、电容电桥和桥臂阻抗性质：电阻电桥、电容电桥和电感电桥；电感电桥；l平衡与否：平衡电桥和非平衡电桥平衡与否：平衡电桥和非平衡电桥1.0 1.0 惠斯登电桥惠斯登电桥l惠斯登电桥是一种直流平衡电桥，它是测惠斯登电桥是一种直流平衡电桥，它是测量量中值电阻中值电阻的
2、重要仪器。它是用的重要仪器。它是用比较法比较法进进行测量的，即在平衡条件下，将待测电阻行测量的，即在平衡条件下，将待测电阻与标准电阻进行比较以确定其阻值。与标准电阻进行比较以确定其阻值。l具有测试灵敏、精确、方便具有测试灵敏、精确、方便l电桥可测量电阻、电容、电感、温度、压电桥可测量电阻、电容、电感、温度、压力、湿度、应变、真空度等许多物理量，力、湿度、应变、真空度等许多物理量，以及应用于工业和科研的自动控制中。以及应用于工业和科研的自动控制中。1.0 1.0 惠斯登电桥惠斯登电桥l实验目的实验目的了解惠斯登电桥的原理和特点。了解惠斯登电桥的原理和特点。学会使用惠斯登电桥测电阻。学会使用惠斯登
3、电桥测电阻。1.1 1.1 惠斯登电桥原理惠斯登电桥原理GADCBR2R3RxR1U01.2 1.2 惠斯登电桥的测量误差惠斯登电桥的测量误差惠斯登电桥的惠斯登电桥的基本误差极限基本误差极限可用可用下式表示：下式表示：式中，式中，为惠斯登电桥的准确等为惠斯登电桥的准确等级；级；K K为为R R1 1与与R R2 2的比值；的比值；R RN N为基准为基准值；值；R R3 3为测量盘示值。为测量盘示值。1.2 1.2 惠斯登电桥的测量误差惠斯登电桥的测量误差1.2 1.2 惠斯登电桥的测量误差惠斯登电桥的测量误差惠斯登惠斯登电桥的灵敏度电桥的灵敏度也会引入一定的误差也会引入一定的误差 R R。由
4、于我们采用的是数字检流计，其。由于我们采用的是数字检流计，其误差极限为一个最小单位（这里即为误差极限为一个最小单位（这里即为0.1A 0.1A）,但这是误差的最大值，平均误但这是误差的最大值，平均误差要比这个小。一般差要比这个小。一般RR可以这样计算：可以这样计算：1.2 1.2 惠斯登电桥的测量误差惠斯登电桥的测量误差惠斯登电桥惠斯登电桥的测量结果的误差为上的测量结果的误差为上面两种误差的合成：面两种误差的合成：1.3 1.3 用惠斯登电桥测量电阻用惠斯登电桥测量电阻待测电阻标称值：待测电阻标称值：Rx151，Rx2 220，Rx3 1.5k，Rx4 22k。GADCBR2R3RxR1U0R
5、x1：51=K*5100.00K=0.01关键：选择合适的放大关键：选择合适的放大倍率倍率K K原则：原则：R R3 3(最大值为最大值为11111.1011111.10)的有效数的有效数字尽量多，且字尽量多，且K K*R R3 3=R Rx x1.3 1.3 用惠斯登电桥测量电阻用惠斯登电桥测量电阻1.3 1.3 用惠斯登电桥测量电阻用惠斯登电桥测量电阻 按照图按照图1连接电路，将待测电阻直接接连到连接电路，将待测电阻直接接连到Rx两端。两端。确定确定K;根据表格选择电压；预设电阻箱，根据表格选择电压；预设电阻箱，使电桥基本平衡；同时按下使电桥基本平衡；同时按下B和和G，微调，微调R3，使电
6、桥真正平衡，记下使电桥真正平衡，记下R3。为了确定检流计的误差，进一步调整为了确定检流计的误差，进一步调整R3，使使检流计偏离检流计偏离平衡平衡0.1uA，分别记下此时，分别记下此时R3的电阻值，计算偏移量。的电阻值，计算偏移量。对其余三个待测电阻重复上述步骤。对其余三个待测电阻重复上述步骤。2.0 2.0 非平衡电桥非平衡电桥l平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，只能用于测调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，只能用于测量具有相对稳定状态的物理量量具有相对稳定状态的物理量l非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测
7、量电阻，非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。形变等。l实验目的实验目的了解非平衡电桥的工作原理。了解非平衡电桥的工作原理。研究非平衡电桥电压输出特性。研究非平衡电桥电压输出特性。研究铜电阻的温度特性。研究铜电阻的温度特性。掌握作图法与图解法在实验数据处理中的应用。掌握作图法与图解法在实验数据处理中的应用。2.1 2.1 单臂非平衡电桥的原理单臂非平衡电桥的原理当电桥平衡时当电桥平衡时：R1 R3 R
8、2 Rx R1:R2 Rx:R3 若把若把Rx的阻值由原来的阻值由原来的的Rx0变化为变化为Rx0 R，则有非平衡电，则有非平衡电压输出。压输出。RxRx0+RVCBADR2R3R1U02.1 2.1 单臂非平衡电桥的原理单臂非平衡电桥的原理设设R2/R3K，则有，则有RxRx0+RVCBADR2R3R1U02.1 2.1 单臂非平衡电桥的原理单臂非平衡电桥的原理等臂非平衡电桥：等臂非平衡电桥：K1且且R1R2 卧式非平衡电桥：卧式非平衡电桥：K1且且R1 R2，UAB同上同上RxRx0+RVCBADR2R3R1U02.1 2.1 单臂非平衡电桥的原理单臂非平衡电桥的原理立式非平衡电桥：立式非
9、平衡电桥：K1且且R1R2 当当K1且且R1 R2 时的时的情况情况，UAB同上同上RxRx0+RVCBADR2R3R1U02.2 2.2 单臂非平衡电桥测电阻单臂非平衡电桥测电阻 用非平衡电桥用非平衡电桥,确定确定铜电阻铜电阻电阻温度系数电阻温度系数R/(R0T)，其中，其中R0 为为0 时的电阻时的电阻值值,R/T是铜电阻随温度的变化率（斜是铜电阻随温度的变化率（斜率）率）。测量温度要求：从测量温度要求：从30测到测到65，每次，每次测量温度变化测量温度变化5，或从起始温度开始每，或从起始温度开始每次测量温度变化次测量温度变化5。2.2 2.2 单臂非平衡电桥测电阻单臂非平衡电桥测电阻连接
10、好电路，并预设好电阻箱：连接好电路，并预设好电阻箱：R1=R2=500，R355；用平衡电桥测量室温下的铜电阻阻值：转换开关转至用平衡电桥测量室温下的铜电阻阻值：转换开关转至平衡平衡1.3V;调节调节R3使电桥平衡使电桥平衡,此时，此时，R3的读数即为的读数即为室温下的铜电阻阻值室温下的铜电阻阻值Rx0；将功能转换开关转至将功能转换开关转至非平衡非平衡电压电压，保持各个电阻箱保持各个电阻箱不变不变。从室温（。从室温（仪器起始温度，要求小于仪器起始温度，要求小于35 ）开）开始升温，记录温度每变化始升温，记录温度每变化5时的非平衡电压输出时的非平衡电压输出（mv)，共测，共测8个点个点。并求出阻值变化量并求出阻值变化量R和铜电阻和铜电阻的阻值的阻值R；画画R(T)T图图，用，用图解法图解法求出求出 0 时的电阻值时的电阻值R0和电和电阻温度系数阻温度系数（=R/(R0T)）。(P22，例，例1)2.2 2.2 单臂非平衡电桥测电阻单臂非平衡电桥测电阻
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