预习报告 惠斯通电桥.docx

惠斯通电桥实验 预习报告【实验目的】1. 练习基本电路连接方法2. 练习不确定度评定方法3. 掌握惠斯通电桥原理并测量灵敏度【实验仪器】直流电源、标准电阻箱 3 个、待测电阻多个、数字万用表、赛电桥综合实验仪、导线、 直尺、螺旋测微器等。【实验原理】电阻还经常被作为传感器使用(热敏电阻、光敏电阻、 磁阻和巨磁阻、压敏电阻、应变片等)，在这种情况下，精确测量电阻具有非常重要的实际意义。 测量电阻的方法有许多种本实验学习惠斯通电桥法和比较测量方法测直流电阻。1. 惠斯通电桥电桥法只需要足够精确的标准电阻与足够灵敏的平衡指零仪表(对其准确度无要求)。适用于中值电阻的测量。1.1惠斯通电桥的原理图中标准电阻 R1, R2和可变电阻 R 以及待测电阻 RX连成四边形，每 条边称作电桥的一个臂。易知当电桥达到平衡时，Rx=R1RR21.2电桥的灵敏度常用的是灵敏电流计，在B、D 两点之间接入灵敏电流计(以及限流电阻)。本实验直接用数字万用表测量UBD ，示数为零作为电桥平衡的指标。在最小电压量程下测量 UBD，假设电表没有零点漂移(短接时示数为零),而且噪声很小， 示数稳定。设电压表显示的最低位为。因此当电压示数为零时，可以认为实际电压在/2之 间。实验上测出 UBD= 和-对应的 R，分别记作R +和R-然后用作为电桥平衡 R 读数最大误差的估计。测量时可取5,10,20等数。1.3不确定度的评定测量误差主要来源于各个标准电阻的结构误差以及电桥灵度引起的误差。所谓电阻的结构误差指的是电阻标称值与真值之差。对于电阻箱，阻值的结构误差可以根据其误差限估计。 可以用下式计算自组电桥所测 RX的相对不确 定度：本实验采用一种改进方法：1和2用精度较低的电阻，R 使用高精密度的电阻。测量时先调节 R 使电桥平衡，然后调换1和2(整体 对调，不是电阻箱示数调换)，重新调节调节 R 使电桥平衡。设两次平衡时 R 的值分别为 (1)和 (2)，易知 此时RX的相对不确定度可按下式估算：如果1 2，则 (1) (2)，它们的结构误差高度相关，上式应写成：2. 比较法测量电阻现代数字电压表采用双积分模数转换(ADC)方式将电压转换成脉冲记数，具有精度高，输入 阻抗大等优点，在实际应用中已经基本取代了指针式电压表。图2中E是稳压电源电压，电源等效内阻为日(包括外电路的引线电阻)，被测电阻为RX， 标准电阻为 RN，等效内阻为的数字电压表 V 通过开关可以分别测量 RN与 RX上的电压 VN和 VX。忽略电源内阻如果 ,即便考虑电源内阻，上式也成立。所以比较法适合测量中值和低值 电阻。根据计算公式，RX的相对不确定度为【实验装置】本实验采用分立元件搭建惠斯通电桥测量电阻。比较法则采用赛电桥实验仪。赛电桥实验仪上包括有以下元件：l 019V 超低准静态内阻的可调直流稳压电源l 01V 电压源，最大电流 5A，l 010 mA 输出的电流源，开路电压 19V，l 比较测量电路，包括标准电阻 RN 和转换开关。l 数字电压表。共有 4 个量程：0.2V（内阻>10M）、0.2V（内阻 30k）、2V（内阻 300k 和 3M 可选），l 被测低值电阻，由一根均匀金属杆和接线端钮组成。【实验内容】1、 用电桥法测两个给定的被测电阻的阻值，测量电桥灵敏度，计算不确定度； 2、 用比较法测量两个给定的待测电子，计算不确定度； 3、 用比较法测均匀金属棒(低电阻)的电阻率； 4、 研究电表内阻对直接比较法测量结果的影响(选做)。【预习思考题】 1 推导不确定度计算公式(3),并说明用到的假设。 不确定度公式RX=R1RR2 ，A类与B类不确定度可以得到2 推导公式(4)。 因为RX1=R1R(1)R2, RX2=R2R(2)R1,所以RX=RX1RX2=R(1)R(2_3 在惠斯通电桥实验中，测量结果只与 R1和 R2的比值有关。实验中这两个电阻的阻值选择 过大或过小会带来什么问题？R1R2比值过大或过小会导致在实验操作中R很难调整使得UBD=0，甚至会超过R的可调范围。4 在比较法测量电阻实验中，从减小测量结果不确定度的角度考虑，应该如何选择标准电阻 和电源电压。标准电阻应远大于电源内阻，减小电源内阻的影响；电源电压应适度大一些，虽然电源电压偏大会使得测量更精确，但是也会影响电阻本身的阻值。