其 他 回 答共1條
1樓
前面我們介紹的伏安法測(cè)量電阻，其精度不夠高。這一方面是由于線路本身存在缺點(diǎn)，另一方面是由于電壓表和電流表本身的精度有限。所以，為了精確測(cè)量電阻，必須對(duì)測(cè)量線路加以改進(jìn)。
惠斯通電橋（也稱單臂電橋）的電路如圖4－5－1所示，四個(gè)電阻R1、R2、Rb、RX組成一個(gè)四邊形的回路，每一邊稱作電橋的“橋臂”，在一對(duì)對(duì)角AD之間接入電源，而在另一對(duì)角BC之間接入檢流計(jì)，構(gòu)成所謂“橋路”。所謂“橋”本身的意思就是指這條對(duì)角線BC而言。它的作用就是把“橋”的兩端點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，從而將這兩點(diǎn)的電位直接進(jìn)行比較。B、C兩點(diǎn)的電位相等時(shí)稱作電橋平衡。反之，稱作電橋不平衡。檢流計(jì)是為了檢查電橋是否平衡而設(shè)的，平衡時(shí)檢流計(jì)無(wú)電流通過(guò)。用于指示電橋平衡的儀器，除了檢流計(jì)外，還有其它儀表，它們稱為“示零器”。
當(dāng)電橋平衡時(shí)，B和C兩點(diǎn)的電位相等，故有
（4－5－1）
由于平衡時(shí) ，所以B、C間相當(dāng)于斷路，故有
（4－5－2）
所以
可得 （4－5－3）
或 （4－5－4）
這個(gè)關(guān)系式是由“電橋平衡”推出的結(jié)論。反之，也可以由這個(gè)關(guān)系式推證出“電橋平衡”來(lái)。因此（4－5－3）式稱為電橋平衡條件。
如果在四個(gè)電阻中的三個(gè)電阻值是已知的，即可利用（4－5－3）式求出另一個(gè)電阻的阻值。這就是應(yīng)用惠斯通電橋測(cè)量電阻的原理。
上述用惠斯通電橋測(cè)量電阻的方法，也體現(xiàn)了一般橋式線路的特點(diǎn)，現(xiàn)在重點(diǎn)說(shuō)明它的幾個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）平衡電橋采用了示零法——根據(jù)示零器的“零”或“非零”的指標(biāo)，即可判斷電橋是否平衡而不涉及數(shù)值的大小。因此，只須示零器足夠靈敏就可以使電橋達(dá)到很高靈敏度，從而為提高它的測(cè)量精度提供了條件。
（2）用平衡電橋測(cè)量電阻方法的實(shí)質(zhì)是拿已知的電阻和未知的電阻進(jìn)行比較。這種比較測(cè)量法簡(jiǎn)單而精確。如果采用精確電阻作為橋臂，可以使測(cè)量的結(jié)果達(dá)到很高的精確度。
（3）由于平衡條件與電源電壓無(wú)關(guān)，故可避免因電壓不穩(wěn)定而造成的誤差。
儀器描述
箱式惠斯通電橋的基本特征是，在恒定比值R1／R2下，變動(dòng)Rb的大小，使電橋達(dá)到平衡。它的線路結(jié)構(gòu)和滑線式電橋相似，它只是把各個(gè)儀表都裝在木箱內(nèi)，便于攜帶，因此叫箱式電橋，其形式多樣。現(xiàn)介紹QJ23型攜帶式直流單臂電橋。
圖4－5－2為其面板布置圖，右邊四個(gè)電阻是比較臂Rb，左上角是比例臂R1／R2，共分七檔，右下角兩只接線柱是接待測(cè)電阻，左上角一對(duì)接線柱是外接電源用的。左下角三只接線柱是用來(lái)接電流計(jì)的，當(dāng)接線片把下面兩接線柱相連時(shí)，是使用內(nèi)部電流計(jì)，當(dāng)接線片把上面兩接線柱相連時(shí)，內(nèi)部電流計(jì)被短路，然后在下面兩接線柱間外接電流計(jì)。中間下面兩個(gè)按扭分別是電源開(kāi)關(guān)（B），電流計(jì)開(kāi)關(guān)（G），使用時(shí)要注意，測(cè)量時(shí)應(yīng)先按B后按G，
斷開(kāi)時(shí)要先放開(kāi)G后放開(kāi)B。電流計(jì)上的旋扭是調(diào)節(jié)指針零點(diǎn)的，叫做機(jī)械調(diào)零器。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1．用自組電橋測(cè)量電阻
用電阻箱連成橋路如圖4－5－3所示，接到橋臂的導(dǎo)線應(yīng)該比較短，與圖4－5－1不同之處在于增加了保護(hù)電阻Rh、開(kāi)關(guān)Kg和Kb，開(kāi)始操作時(shí)，電橋一般處在很不平衡的狀態(tài)，為了防止過(guò)大的電流通過(guò)檢流計(jì)，應(yīng)將Rh拔至最大。隨著電橋逐步接近平衡，Rh也逐漸減小直至零。
為了保護(hù)檢流計(jì)，開(kāi)關(guān)的順序應(yīng)注意先合Kb、后合Kg，先斷開(kāi)Kg、后斷開(kāi)Kb，即電源Kb要先合后斷。
在電橋接近平衡時(shí)，為了更好地判斷檢流計(jì)電流是否為零，應(yīng)反復(fù)開(kāi)合開(kāi)關(guān)Kg（躍接法）細(xì)心觀察檢流計(jì)指針是否有擺動(dòng)。
測(cè)量幾十、幾百、幾千歐姆的電阻各一個(gè)，分別取R1/R2=500Ω/500Ω及50Ω/500Ω。每次更換RX前均要注意：（1）增大Rh；（2）切斷Kg。
2．用箱式電橋測(cè)量電阻
今用內(nèi)接電源和內(nèi)接檢流計(jì)。
（1）將檢流計(jì)指針調(diào)到零。
（2）接上被測(cè)電阻RX，估計(jì)被測(cè)電阻近似值，然后將比例臂旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)到適當(dāng)倍率。
（3）輕而快地先后按B、G（一觸即離），同時(shí)觀察檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向。若指針向右（即正向）表示Rb值太小，需增加，若指針向左（即負(fù)向）表示Rb值太大，需減小。這樣幾次調(diào)節(jié)Rb，直至檢流計(jì)無(wú)偏轉(zhuǎn)為止。這時(shí)
RX＝（比例臂讀數(shù)）×（比較臂讀數(shù)之和）歐
（4）重復(fù)上述步驟測(cè)量另外兩個(gè)電阻。
3．測(cè)量計(jì)算電橋的靈敏度。
公式RX＝R1Rb／R2是在電橋平衡的條件下推導(dǎo)出來(lái)的。而電橋是否平衡，實(shí)驗(yàn)上是看檢流計(jì)有無(wú)偏轉(zhuǎn)來(lái)判斷的。當(dāng)我們認(rèn)為電橋已達(dá)到平衡時(shí)Ig＝0，而Ig不可能
絕對(duì)等于零，而僅是Ig小到無(wú)法用檢流計(jì)檢測(cè)而已。例如，有一惠斯通電橋上的檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)一格所對(duì)應(yīng)的電流大約為10－6安培，當(dāng)通過(guò)它的電流為10－7安培，指針偏轉(zhuǎn)1／10格，我們是可以察覺(jué)出來(lái)的，當(dāng)通過(guò)它的電流小于10－7安培時(shí)，指針的偏轉(zhuǎn)小于1／10格，我們就很難察覺(jué)出來(lái)了。為了定量地表示檢流計(jì)不夠靈敏帶來(lái)的誤差，可引入電橋靈敏度Si的概念，它的定義是
（4－5－5）
ΔRX是當(dāng)電橋平衡后把RX改變一點(diǎn)的數(shù)量，而Δn是因?yàn)镽X改變了ΔRX電橋略失平衡引起的檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)格數(shù)。
從誤差來(lái)源看，只要儀器選擇合適，用電橋測(cè)電阻可以達(dá)到很高的精度。在測(cè)靈敏度時(shí)，由于RX是不可變的，故可以用改變Rb的辦法來(lái)代替。計(jì)算表明
可見(jiàn)，任意改變一臂測(cè)出的靈敏度，都是一樣的。
用箱式電橋測(cè)量三個(gè)待測(cè)電阻的電橋靈敏度。
知識(shí)庫(kù)標(biāo)簽：
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