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直流双臂电桥实验课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望n n电阻按照阻值大小可分为高值电阻电阻按照阻值大小可分为高值电阻(100K(100K以上以上)、中值电阻、中值电阻(1(1 100K)100K)和低值电阻和低值电阻(1(1 以下以下)三种三种n n一般说导线本身以及和接点处引起的电路一般说导线本身以及和接点处引起的电路中附加电阻约为中附加电阻约为1010-3-3，这样在测低电阻，这样在测低电阻时就不能把它忽略掉。时就不能把它忽略掉。实验序n n用直流单臂电桥测量电阻时，如果被用直流单臂电桥测量电阻时，如果被测电阻为测电阻为0.01 0.01，附加电阻的影响达，附加电阻的影响达到到10%10%；如果被测电阻为；如果被测电阻为0.0010.001，则，则完全被附加电阻所掩盖而无法测量。完全被附加电阻所掩盖而无法测量。n n用单臂电桥测量电阻将由于附加电阻的存用单臂电桥测量电阻将由于附加电阻的存在而给测量结果带来不可忽视的影响。对在而给测量结果带来不可忽视的影响。对惠斯通电桥加以改进而成的双臂电桥惠斯通电桥加以改进而成的双臂电桥(又称又称开尔文电桥开尔文电桥)，通过四端接线的作用通过四端接线的作用消除消除或或减小减小了了附加电阻对测量结果的影响，附加电阻对测量结果的影响，适用适用于于1010-5-5-10-102 2电阻的测量。电阻的测量。n n本实验要求在掌握双臂电桥工作原理的基本实验要求在掌握双臂电桥工作原理的基础上，用双臂电桥测金属材料的电阻率。础上，用双臂电桥测金属材料的电阻率。预习要点1.1.直流单臂电桥测低电阻遇到的困难直流单臂电桥测低电阻遇到的困难;2.2.四端钮电阻转移附加电阻的作用四端钮电阻转移附加电阻的作用;3.QJ423.QJ42双臂电桥使用要点双臂电桥使用要点;4.4.测量导体电阻率的方法。测量导体电阻率的方法。一、实验目的和学习要求一、实验目的和学习要求n n 学习直流双臂电桥测低值电阻的原理和学习直流双臂电桥测低值电阻的原理和方法。掌握测量低电阻的特殊性和采用四方法。掌握测量低电阻的特殊性和采用四端接法的必要性。端接法的必要性。n n了解了解QJ42QJ42型直流双臂电桥的面板结构和型直流双臂电桥的面板结构和使用方法。使用方法。n n用用QJ42QJ42型直流双臂电桥测金属材料的低型直流双臂电桥测金属材料的低电阻，求金属材料的电阻率。电阻，求金属材料的电阻率。二、实验原理二、实验原理 1.1.金属材料的电阻率金属材料的电阻率 n n式中式中式中式中S S S S为导体材料的横截面积，为导体材料的横截面积，为导体材料的横截面积，为导体材料的横截面积，RxRxRxRx为测得导体材为测得导体材为测得导体材为测得导体材料的电阻值，料的电阻值，料的电阻值，料的电阻值，l l l l为对应于电阻为对应于电阻为对应于电阻为对应于电阻RxRxRxRx的导体材料的的导体材料的的导体材料的的导体材料的长度。长度。长度。长度。四端钮电阻的作用四端钮电阻的作用n n在低电阻两端外侧再增加两个接触端钮，就成为在低电阻两端外侧再增加两个接触端钮，就成为在低电阻两端外侧再增加两个接触端钮，就成为在低电阻两端外侧再增加两个接触端钮，就成为四端钮电阻，其中四端钮电阻，其中四端钮电阻，其中四端钮电阻，其中P P P P1 1 1 1-P-P-P-P2 2 2 2为所要使用（或测量）的为所要使用（或测量）的为所要使用（或测量）的为所要使用（或测量）的电阻。通常称电阻。通常称电阻。通常称电阻。通常称J J J J1 1 1 1和和和和J J J J2 2 2 2为电流端，为电流端，为电流端，为电流端，P P P P1 1 1 1与与与与P P P P2 2 2 2为电压端，为电压端，为电压端，为电压端，电压端必须处在电流端之间。下面就电流表扩大电压端必须处在电流端之间。下面就电流表扩大电压端必须处在电流端之间。下面就电流表扩大电压端必须处在电流端之间。下面就电流表扩大量程时分流电阻的接法说明四端钮电阻的作用。量程时分流电阻的接法说明四端钮电阻的作用。量程时分流电阻的接法说明四端钮电阻的作用。量程时分流电阻的接法说明四端钮电阻的作用。J2J1P1P2 四端钮电阻n n图图图图a a a a接法的分流电阻实际上包括和接法的分流电阻实际上包括和接法的分流电阻实际上包括和接法的分流电阻实际上包括和A A A A、B B B B、C C C C、D D D D四点四点四点四点的接触电阻和的接触电阻和的接触电阻和的接触电阻和ACACACAC、BDBDBDBD两段导线的电阻。两段导线的电阻。两段导线的电阻。两段导线的电阻。n n图图图图b b b b的分流电阻仅包括和的分流电阻仅包括和的分流电阻仅包括和的分流电阻仅包括和C C C C、D D D D两点的接触电阻；两点的接触电阻；两点的接触电阻；两点的接触电阻；A A A A、B B B B两点的接触电阻和两点的接触电阻和两点的接触电阻和两点的接触电阻和ACACACAC、BDBDBDBD两段导线的电阻归入了两段导线的电阻归入了两段导线的电阻归入了两段导线的电阻归入了微安表支路，而它们远小于微安表的内阻，对分微安表支路，而它们远小于微安表的内阻，对分微安表支路，而它们远小于微安表的内阻，对分微安表支路，而它们远小于微安表的内阻，对分流的影响可忽略。流的影响可忽略。流的影响可忽略。流的影响可忽略。ABAAAABADCDCDCB 四端钮电阻对附加电阻的转移作用abcn n图图图图c c c c中中中中A A A A、B B B B、C C C C、D D D D四点的接触电阻以及四点的接触电阻以及四点的接触电阻以及四点的接触电阻以及P1AP1AP1AP1A、P2BP2BP2BP2B两两两两段导线的电阻都归入了微安表支路而忽略，分流段导线的电阻都归入了微安表支路而忽略，分流段导线的电阻都归入了微安表支路而忽略，分流段导线的电阻都归入了微安表支路而忽略，分流电阻的阻值就等于电阻的阻值就等于电阻的阻值就等于电阻的阻值就等于P1P1P1P1、P2P2P2P2之间的电阻值，该阻值之间的电阻值，该阻值之间的电阻值，该阻值之间的电阻值，该阻值可以做得很准确，从而保证了准确分流。可以做得很准确，从而保证了准确分流。可以做得很准确，从而保证了准确分流。可以做得很准确，从而保证了准确分流。ABAAAABADCDCDCB 四端钮电阻对附加电阻的转移作用abcn n如图，附加电阻如图，附加电阻如图，附加电阻如图，附加电阻R R R R、RRRR、RAxRAxRAxRAx和和和和RxGRxGRxGRxG不再直接与不再直接与不再直接与不再直接与RxRxRxRx串联。其中串联。其中串联。其中串联。其中RRRR和和和和RxGRxGRxGRxG分别归入到电源和检流计分别归入到电源和检流计分别归入到电源和检流计分别归入到电源和检流计回路中，它们不影响电桥的平衡；而回路中，它们不影响电桥的平衡；而回路中，它们不影响电桥的平衡；而回路中，它们不影响电桥的平衡；而RAxRAxRAxRAx归入桥归入桥归入桥归入桥臂电阻臂电阻臂电阻臂电阻RARARARA中，中，中，中，RARARARA可以取值较大，故可以取值较大，故可以取值较大，故可以取值较大，故RAxRAxRAxRAx的影响可的影响可的影响可的影响可以忽略。以忽略。以忽略。以忽略。n n由此可见，四端钮电阻的由此可见，四端钮电阻的由此可见，四端钮电阻的由此可见，四端钮电阻的作用是转移附加电阻相对被作用是转移附加电阻相对被作用是转移附加电阻相对被作用是转移附加电阻相对被测电阻的位置，从而可消除测电阻的位置，从而可消除测电阻的位置，从而可消除测电阻的位置，从而可消除（或减小）附加电阻对被测（或减小）附加电阻对被测（或减小）附加电阻对被测（或减小）附加电阻对被测电阻的影响。电阻的影响。电阻的影响。电阻的影响。直流双臂电桥的电路结构直流双臂电桥的电路结构n n当检流计当检流计当检流计当检流计G G G G中无电流时，中无电流时，中无电流时，中无电流时，RARARARA和和和和RBRBRBRB上通过的电流相上通过的电流相上通过的电流相上通过的电流相等，等，等，等，RaRaRaRa和和和和RbRbRbRb上通过的电流相等，上通过的电流相等，上通过的电流相等，上通过的电流相等，RxRxRxRx和和和和RnRnRnRn上通过的上通过的上通过的上通过的电流相等，由电流相等，由电流相等，由电流相等，由B B B B点和点和点和点和D D D D点的电位相等，点的电位相等，点的电位相等，点的电位相等，n n 此式就是直流双臂电桥的平衡条件。此式就是直流双臂电桥的平衡条件。此式就是直流双臂电桥的平衡条件。此式就是直流双臂电桥的平衡条件。将将RxRx和标准电阻和标准电阻RNRN采用采用四端四端四端四端钮电阻接入电桥消除附加电阻的钮电阻接入电桥消除附加电阻的钮电阻接入电桥消除附加电阻的钮电阻接入电桥消除附加电阻的影响影响影响影响，就必须再加入一组桥臂电，就必须再加入一组桥臂电阻阻RaRa和和RbRb，把单臂电桥发展为双，把单臂电桥发展为双臂电桥，也称凯尔文电桥。臂电桥，也称凯尔文电桥。三、仪器介绍三、仪器介绍 n nQJ42QJ42型直流双臂电桥是测量型直流双臂电桥是测量1111以下电阻的直流平衡电桥，以下电阻的直流平衡电桥，用来测量金属的导电率、电机、用来测量金属的导电率、电机、变压器绕阻的直流电阻、电刷、变压器绕阻的直流电阻、电刷、开关的接触电阻以及各类低值开关的接触电阻以及各类低值直流电阻。仪器的总有效量程直流电阻。仪器的总有效量程为为0.00010.00011111。仪器使用的参考条件为：仪器使用的参考条件为：n n环境温度环境温度环境温度环境温度201.5201.5201.5201.5，相对湿度，相对湿度，相对湿度，相对湿度4040404060606060；n n仪器内附电源节号干电池（并联使用），仪器内附电源节号干电池（并联使用），仪器内附电源节号干电池（并联使用），仪器内附电源节号干电池（并联使用），外接电源时，可接外接电源时，可接外接电源时，可接外接电源时，可接1.51.51.51.5容量大于容量大于容量大于容量大于10hA10hA10hA10hA的直流电源；的直流电源；的直流电源；的直流电源；n n指零仪表电流常数为指零仪表电流常数为指零仪表电流常数为指零仪表电流常数为210210210210-6-6-6-6A A A A格，阻尼时间小于格，阻尼时间小于格，阻尼时间小于格，阻尼时间小于4s4s4s4s。QJ42型直流双臂电桥的面板示意图和原理线路图 测量时，将待测电阻测量时，将待测电阻RxRx按四端钮接线法接在相应的按四端钮接线法接在相应的接线柱上。指零仪表下边的按钮接线柱上。指零仪表下边的按钮B B为电源开关按钮，为电源开关按钮，G G为检流计开关按钮。倍率调节分为为检流计开关按钮。倍率调节分为11、1010-1-1、1010-2-2、1010-3-3、1010-4-4五档，可根据待测电阻的阻五档，可根据待测电阻的阻值范围进行选择。值范围进行选择。n n比较臂转盘电阻的调节范围为比较臂转盘电阻的调节范围为比较臂转盘电阻的调节范围为比较臂转盘电阻的调节范围为1 1 1 111111111。接好待测。接好待测。接好待测。接好待测电阻后，选择适当的比率，接通电源电阻后，选择适当的比率，接通电源电阻后，选择适当的比率，接通电源电阻后，选择适当的比率，接通电源B B B B，再按下检，再按下检，再按下检，再按下检流计接通按钮流计接通按钮流计接通按钮流计接通按钮G G G G，调节读数盘，使检流计指零。调，调节读数盘，使检流计指零。调，调节读数盘，使检流计指零。调，调节读数盘，使检流计指零。调节时，动作要轻，注意阻尼影响。节时，动作要轻，注意阻尼影响。节时，动作要轻，注意阻尼影响。节时，动作要轻，注意阻尼影响。n n被测电阻的阻值被测电阻的阻值被测电阻的阻值被测电阻的阻值 RxRx倍率倍率读数盘示值读数盘示值 四、使用注意事项四、使用注意事项n n 测量具有大电感的低值电阻时，由于电源断开测量具有大电感的低值电阻时，由于电源断开测量具有大电感的低值电阻时，由于电源断开测量具有大电感的低值电阻时，由于电源断开而出现的感应电动势会冲击指零仪表，为防止损而出现的感应电动势会冲击指零仪表，为防止损而出现的感应电动势会冲击指零仪表，为防止损而出现的感应电动势会冲击指零仪表，为防止损坏指零仪器，测量时应先接通坏指零仪器，测量时应先接通坏指零仪器，测量时应先接通坏指零仪器，测量时应先接通B B B B，后接检流计按钮，后接检流计按钮，后接检流计按钮，后接检流计按钮G G G G；断开时应先断开断开时应先断开断开时应先断开断开时应先断开G G G G，后断开，后断开，后断开，后断开B B B B。n n 四端钮电阻的电流端与电压端不允许混接，否四端钮电阻的电流端与电压端不允许混接，否四端钮电阻的电流端与电压端不允许混接，否四端钮电阻的电流端与电压端不允许混接，否则双桥不能调节平衡，在连接则双桥不能调节平衡，在连接则双桥不能调节平衡，在连接则双桥不能调节平衡，在连接RxRxRxRx与与与与RnRnRnRn时，须采用时，须采用时，须采用时，须采用短粗导线，连接要牢固。短粗导线，连接要牢固。短粗导线，连接要牢固。短粗导线，连接要牢固。n n电桥不用时，将倍率开关旋至短路位置。仪器电桥不用时，将倍率开关旋至短路位置。仪器电桥不用时，将倍率开关旋至短路位置。仪器电桥不用时，将倍率开关旋至短路位置。仪器长期不用时，应将内附电池取出，以防腐蚀机件。长期不用时，应将内附电池取出，以防腐蚀机件。长期不用时，应将内附电池取出，以防腐蚀机件。长期不用时，应将内附电池取出，以防腐蚀机件。n n 测量测量测量测量0.00010.00010.00010.00010.010.010.010.01的电阻时，工作电流较大，的电阻时，工作电流较大，的电阻时，工作电流较大，的电阻时，工作电流较大，电源按钮应间歇使用。电源按钮应间歇使用。电源按钮应间歇使用。电源按钮应间歇使用。n n 仪器使用时应避免阳光曝晒，严防剧烈震动，仪器使用时应避免阳光曝晒，严防剧烈震动，仪器使用时应避免阳光曝晒，严防剧烈震动，仪器使用时应避免阳光曝晒，严防剧烈震动，初次使用和隔一定时间再使用之前，应将倍率开初次使用和隔一定时间再使用之前，应将倍率开初次使用和隔一定时间再使用之前，应将倍率开初次使用和隔一定时间再使用之前，应将倍率开关和读数盘旋动几次，使接触部分接触良好，确关和读数盘旋动几次，使接触部分接触良好，确关和读数盘旋动几次，使接触部分接触良好，确关和读数盘旋动几次，使接触部分接触良好，确保测量的准确度。保测量的准确度。保测量的准确度。保测量的准确度。五、实验内容五、实验内容n n用用QJ42QJ42型直流双臂电桥测铜导体材料的电阻型直流双臂电桥测铜导体材料的电阻率率 将铜导体材料上的四个接线端钮，分别接入双将铜导体材料上的四个接线端钮，分别接入双将铜导体材料上的四个接线端钮，分别接入双将铜导体材料上的四个接线端钮，分别接入双臂电桥中对应的四端钮上，注意用短粗导线连接牢臂电桥中对应的四端钮上，注意用短粗导线连接牢臂电桥中对应的四端钮上，注意用短粗导线连接牢臂电桥中对应的四端钮上，注意用短粗导线连接牢固。固。固。固。检查检流计的机械零点。根据铜导体材料的电检查检流计的机械零点。根据铜导体材料的电检查检流计的机械零点。根据铜导体材料的电检查检流计的机械零点。根据铜导体材料的电阻值，选择合适的比率，分别准确测出阻值，选择合适的比率，分别准确测出阻值，选择合适的比率，分别准确测出阻值，选择合适的比率，分别准确测出5 5 5 5根铜导体根铜导体根铜导体根铜导体材料的低电阻值。材料的低电阻值。材料的低电阻值。材料的低电阻值。用游标卡尺测出各铜导体材料的宽度用游标卡尺测出各铜导体材料的宽度用游标卡尺测出各铜导体材料的宽度用游标卡尺测出各铜导体材料的宽度D D D D，用钢直，用钢直，用钢直，用钢直尺测出每个铜导体材料的长度尺测出每个铜导体材料的长度尺测出每个铜导体材料的长度尺测出每个铜导体材料的长度 （对应于阻值（对应于阻值（对应于阻值（对应于阻值RxRxRxRx的的的的杆的长度）。分别计入数据表格中。杆的长度）。分别计入数据表格中。杆的长度）。分别计入数据表格中。杆的长度）。分别计入数据表格中。六、数据处理六、数据处理1.1.计算铜导体材料的电阻率及其不确定度计算铜导体材料的电阻率及其不确定度 分别计算各铜导体材料的电阻率分别计算各铜导体材料的电阻率分别计算各铜导体材料的电阻率分别计算各铜导体材料的电阻率，求出，求出，求出，求出的算术平均值，的算术平均值，的算术平均值，的算术平均值，计算电阻率计算电阻率计算电阻率计算电阻率的标准不确定度。的标准不确定度。的标准不确定度。的标准不确定度。2.2.根据根据=SRx/l =SRx/l，有，有Rx=l/S Rx=l/S，拟合拟合RxRxl l 直线，求出直线的斜率直线，求出直线的斜率K K，则电阻，则电阻率率 =S=SK K3.3.给出实验结果。给出实验结果。