直流单臂电桥实验.pptx

实验序实验序电桥是采用是采用桥式式电路的路的电测量量仪器，是一种比器，是一种比较式的式的测量量仪器。它在器。它在电测技技术中中应用极用极为广泛，可以用来广泛，可以用来测量量电阻、阻、电容、容、电感、感、频率、温度、率、温度、压力等力等许多物理多物理量。量。电桥仪器主要分器主要分为直流直流电桥和交流和交流电桥两大两大类。直流。直流电桥按其按其结构又可分构又可分为单臂臂电桥和双臂和双臂电桥。第1页/共20页电桥有两种工作方式有两种工作方式:平衡平衡电桥：直接直接测量量桥臂臂电阻的大小，得到阻的大小，得到测量量结果。果。非平衡非平衡电桥：测量量桥臂臂电阻的阻的变化量，以得到化量，以得到测量量结果，主要用于非果，主要用于非电量的量的电测技技术。第2页/共20页根据根据科学科学时报报道（道（2001.7.3)2001.7.3)，德国波，德国波鸿鲁尔大学宣布，大学宣布，该大学的大学的电子技子技术人人员制成了世界上最小的制成了世界上最小的电桥，它只有，它只有1212纳米米长，有助于推，有助于推进微微型型计算机芯片的开算机芯片的开发工作。工作。第3页/共20页预习要点预习要点单臂臂电桥的的电路路结构；构；直流直流单臂臂电桥测电阻的原理和方法；阻的原理和方法；电阻温度系数的物理意阻温度系数的物理意义；柱面加柱面加热器和温度器和温度测控控仪的使用要点。的使用要点。第4页/共20页一、一、实验目的和学目的和学习要求要求学学习单臂臂电桥的的电路路组成；成；理解并掌握用直流理解并掌握用直流单臂臂电桥测电阻的原理和方法；阻的原理和方法；掌握多功能温度掌握多功能温度测控控仪和恒温柱面加和恒温柱面加热器的使用；器的使用；用用QJ24QJ24型直流型直流单臂臂电桥测铜、合金、半、合金、半导体在不同温度下的体在不同温度下的电阻阻值，计算算铜电阻的温度系数。阻的温度系数。第5页/共20页二、二、实验原理原理1 1直流直流单臂臂电桥直流直流单臂臂电桥也叫惠斯通也叫惠斯通电桥，其原理，其原理电路如路如图所示。四个所示。四个电阻阻R R0 0、R R1 1、R R2 2和和RxRx构成一个四构成一个四边形，每条形，每条边称作称作电桥的一个的一个“臂臂”。n n 对对角角角角A A A A和和和和C C C C上加上上加上上加上上加上电电源源源源E E E E，对对角角角角B B B B和和和和D D D D之之之之间连间连接接接接检检流流流流计计G G G G。检检流流流流计计的的的的作用是将作用是将作用是将作用是将“桥桥”两端的两端的两端的两端的电电位位位位UBUBUBUB和和和和UDUDUDUD进进行比行比行比行比较较。RxRxRxRx是待是待是待是待测电测电阻，阻，阻，阻，R R R R1 1 1 1、R R R R2 2 2 2是已知是已知是已知是已知电电阻，阻，阻，阻，R R R R0 0 0 0是可是可是可是可调节调节可可可可读读数的数的数的数的标标准准准准电电阻。阻。阻。阻。第6页/共20页适当适当选择R R1 1、R R2 2的的值，调节R R0 0的的电阻阻值，使，使B B、D D两点的两点的电位相等位相等时（U UB B=U=UD D），），检流流计中无中无电流通流通过，即，即Ig=0 Ig=0，这时称称为电桥平衡。平衡。电桥平衡平衡时，Ig=0Ig=0，I I1 1=Ix=Ix，I I2 2=I=I0 0，同同时由由于于B B、D D两点的两点的电位相同，所以位相同，所以 U UABAB=U=UADAD，U UBCBC=U=UDCDC。根据欧姆定律有：根据欧姆定律有：I I I I1 1 1 1R R R R1 1 1 1=I=I=I=I2 2 2 2R R R R2 2 2 2，Ix Rx=IIx Rx=IIx Rx=IIx Rx=I0 0 0 0R R R R0 0 0 0 所以所以所以所以此式是此式是电桥平衡的条件，平衡的条件，称称为电桥平衡公式。平衡公式。第7页/共20页2 2导体的体的电阻温度特性阻温度特性导体的体的电阻均与温度有关。在通常温度下，多阻均与温度有关。在通常温度下，多数数纯金属的金属的电阻其阻阻其阻值的大小随温度的的大小随温度的变化呈化呈线性关系，可用下式来表示。性关系，可用下式来表示。式中式中RtRt是是导体在温度体在温度为tt时的的电阻阻值；R R0 0为导体在体在00时的的电阻阻值；称称为电阻的温度系数。阻的温度系数。严格地格地说，各种，各种导体的温度系数体的温度系数 和温度有关，和温度有关，但在但在00100100范范围以内，以内，值变化很小，可化很小，可认为不不变。第8页/共20页康康铜、锰钢等合金，等合金，电阻几乎不随温度阻几乎不随温度变化，化，值很小，很小，约为0.2100.210-4-4/。利用合金的。利用合金的这一性一性质，可制成，可制成标准准电阻。阻。半半导体的体的电阻与温度的关系和金属阻与温度的关系和金属导体不同。体不同。在通常温度下，半在通常温度下，半导体的体的电阻随温度的升高而阻随温度的升高而减小，具有减小，具有负的的电阻温度系数。它的阻温度系数。它的变化化规律律为式中，式中，式中，式中，E E E E和和和和R R R R0 0 0 0是常量，是常量，是常量，是常量，k k k k为为玻耳玻耳玻耳玻耳兹兹曼常数，曼常数，曼常数，曼常数，T T T T为绝对为绝对温度。利用半温度。利用半温度。利用半温度。利用半导导体的体的体的体的这这一性一性一性一性质质制成的制成的制成的制成的热热敏敏敏敏电电阻，阻，阻，阻，在灵敏在灵敏在灵敏在灵敏测测温和自温和自温和自温和自动动温控装置中得到广泛温控装置中得到广泛温控装置中得到广泛温控装置中得到广泛应应用。用。用。用。第9页/共20页三、三、仪器介器介绍 1 1QJ24QJ24型直流型直流单臂臂电桥QJ24QJ24型箱式型箱式电桥采用惠斯通采用惠斯通电桥线路，主要由路，主要由比率臂、比比率臂、比较臂、臂、检流流计和和电池池组组成。全部成。全部部件安装在箱内，箱盖部件安装在箱内，箱盖铭牌上牌上给出了出了电桥原理原理线路和有关参数，供使用者参考。路和有关参数，供使用者参考。n n QJ24 QJ24 QJ24 QJ24型型型型电桥测电桥测量范量范量范量范围围是是是是2020202099990999909999099990欧姆，准确度等欧姆，准确度等欧姆，准确度等欧姆，准确度等级为级级为级，内接内接内接内接电电源源源源电压为电压为伏，外接伏，外接伏，外接伏，外接电电源源源源为为伏。伏。伏。伏。第10页/共20页QJ24QJ24型电桥的面板图和测量原理图 测量量时将待将待测电阻接在面板上的阻接在面板上的X1X1和和X2X2之之间，将比，将比较臂臂转盘各档数各档数值置于用万用表粗置于用万用表粗测待待测电阻阻值的位置，并据此的位置，并据此选择合适的比率。合适的比率。选择比率的原比率的原则是能充分利用是能充分利用电桥的四个的四个调节转盘，保保证测量量读数有位有效数字。数有位有效数字。第11页/共20页 接通接通电源按源按钮B0B0和和检流流计按按钮G1G1，调节比比较臂臂转盘，直到，直到检流流计接近指零，再松开接近指零，再松开G1 G1 按下按下G0G0，仔，仔细调节转盘示示值，使，使检流流计准确指零，准确指零，记下下比比较臂各臂各转盘阻阻值的数的数值R R0 0，则待待测电阻阻 RxRx比率比率值RR0 0 检流流计按按钮G1G1支路上串接支路上串接了一个了一个较大阻大阻值的保的保护电阻阻RgRg，用于粗，用于粗调电桥平衡，可避免平衡，可避免检流流计被被过大大电流冲流冲击。G0G0为细调按按钮。第12页/共20页2 2多功能温度多功能温度测控控仪和恒温柱面加和恒温柱面加热器器本本实验用用ZHQ-1ZHQ-1型恒温柱面加型恒温柱面加热器器对待待测量的量的三种三种样品（品（铜、合金、半、合金、半导体）体）进行加温，并行加温，并由由KWY-3KWY-3型多功能温度型多功能温度测控控仪进行控温和行控温和测温。温。第13页/共20页 ZHQ-1ZHQ-1型恒温柱面加型恒温柱面加热器器ZHQ-1ZHQ-1型恒温柱面加型恒温柱面加热器器为铝制外壳，采用柱形制外壳，采用柱形结构。构。圆柱中心柱中心轴线位置放置棒状位置放置棒状电热丝，电热丝产生的生的热量均匀四周量均匀四周辐射，炉内温度以柱射，炉内温度以柱中心中心对称分布。其特点是升温速度快，达到平称分布。其特点是升温速度快，达到平衡温度的衡温度的时间短。短。n n 被加被加被加被加热热体置于体置于体置于体置于圆圆柱外柱外柱外柱外侧侧导热层导热层，被加，被加，被加，被加热热体的温度体的温度体的温度体的温度测测量采用球体量采用球体量采用球体量采用球体热热敏敏敏敏电电阻。阻。阻。阻。（请请在在在在1080108010801080范范范范围围内内内内使用）使用）使用）使用）第14页/共20页KWY-3KWY-3型多功能温度型多功能温度测控控仪开机后开机后仪器自行器自行显示示“控温控温测量量”状状态，用功，用功能能选择键选择仪器功能。每按一次功能器功能。每按一次功能选择键仪器器进入下一功能状入下一功能状态。用温度用温度设定定键选择温度温度设定位，用定位，用 键设定所定所需温度，全部需温度，全部设定完以后按定完以后按设定定键确确认。也可。也可用用T0+5T0+5直接增加直接增加55设定控制温度。定控制温度。仪仪器右器右器右器右显显示器小于示器小于示器小于示器小于时时，温度，温度，温度，温度设设定才有效。定才有效。定才有效。定才有效。加加加加热时热时，温度，温度，温度，温度测测控控控控仪仪与恒温与恒温与恒温与恒温柱面加柱面加柱面加柱面加热热器的器的器的器的红红色指示灯同色指示灯同色指示灯同色指示灯同时时闪闪亮。亮。亮。亮。第15页/共20页四、四、实验内容内容 用用QJ24QJ24直流直流单臂臂电桥测出室温下出室温下铜、合金、合金、半半导体体电阻的阻阻的阻值。将温度将温度设定定为室温下增加室温下增加55，通，通电加加热至至温度平衡。温度平衡。测出相出相应温度下的温度下的铜、合金和半、合金和半导体的体的电阻阻值。当温度。当温度趋于于稳定定时，迅速将，迅速将电桥调节平衡（如何平衡（如何调节？），？），记录电桥平衡平衡时的的温度温度titi和温度和温度为titi时电桥比比较臂的臂的读数。数。重复步重复步骤，使温度每升高大，使温度每升高大约55时测一一组数据，共数据，共测6 6组数据。将所数据。将所测数据填入数据数据填入数据记录表格中（自表格中（自拟数据数据记录的表格）。的表格）。第16页/共20页注意：调节电桥平衡要迅速，电桥平衡时，应首先读取温度计的读数，再记录电桥转盘的示值，想一想为什么要这样做？第17页/共20页五、数据五、数据处理理以以RtRt为纵坐坐标，t t为横坐横坐标，在坐，在坐标纸上描上描绘铜电阻阻R Rt t图线，求出直，求出直线在在纵轴的截距和斜的截距和斜率率k k，于是，于是铜电阻的温度系数阻的温度系数 =k/Rt=k/Rt 求出所求出所测电阻的温度系数阻的温度系数，并与公，并与公认值 进行比行比较。铜电阻的公阻的公认值 =0.0043/=0.0043/n n 2.2.2.2.分分分分别别作合金和半作合金和半作合金和半作合金和半导导体材料的体材料的体材料的体材料的R-tR-tR-tR-t曲曲曲曲线线，说说明合明合明合明合 金和半金和半金和半金和半导导体的温度特性。体的温度特性。体的温度特性。体的温度特性。第18页/共20页第19页/共20页感谢您的观看！第20页/共20页