大学物理实验：双臂电桥.ppt

双双 臂臂 电电 桥桥 电磁学系列 6浙江大学物理实验中心浙江大学物理实验中心 双臂电桥又名开尔文电桥，是一种测量双臂电桥又名开尔文电桥，是一种测量低值低值电阻电阻（一般在（一般在10 10-5-5 1 1 之间）的常用仪器，之间）的常用仪器，测量准确度较高。在测量低电阻时，连接线的电测量准确度较高。在测量低电阻时，连接线的电阻、接头的接触电阻（一般为阻、接头的接触电阻（一般为1010-3-3 1010-4-4 的数量的数量级）都将给测量结果带来不允许的误差。因此就级）都将给测量结果带来不允许的误差。因此就必须想办法消除或减小接线电阻和接触电阻对测必须想办法消除或减小接线电阻和接触电阻对测量结果的影响。双臂电桥就是为了解决这些矛盾量结果的影响。双臂电桥就是为了解决这些矛盾而设计出来的。而设计出来的。一、实一、实 验验 目目 的的 1 1、熟悉双臂电桥测量低电阻的、熟悉双臂电桥测量低电阻的原理。原理。2 2、了解单臂电桥与双臂电桥、了解单臂电桥与双臂电桥的关系和区别。的关系和区别。3 3、学会、学会QJ-44QJ-44型双臂电桥测量型双臂电桥测量低电阻的方法。低电阻的方法。二、实二、实 验验 原原 理理见见图：图：r r1-41-4是接是接线电阻，由图可线电阻，由图可见。电压表测量见。电压表测量的电阻两端还包的电阻两端还包含含r r1 1-2 2，当当R R与与r r1 1，r r2 2 同数量级时同数量级时将带进的误差就将带进的误差就很大，很大，1 1、接线电阻与导线本身电阻对实验的影响接线电阻与导线本身电阻对实验的影响AVRr1r2r3r42 2、四四端接入法端接入法消除误差：消除误差：Vr1r2r3r4CCPPPCCCPP电压接线电压接线电流接线电流接线 四端接入法如图所示，四端接入法如图所示，r r1414同样是接线电阻，然同样是接线电阻，然电路变成电压表串联电路变成电压表串联r r3-43-4与与R R并列，由于电表内阻并列，由于电表内阻远大于远大于r r3 3，r r4 4，因此它们因此它们的影响可以忽略不计。的影响可以忽略不计。下图就是四端接入法装下图就是四端接入法装置。置。R四端接入装置四端接入装置3、双臂电桥原理双臂电桥原理I1R1R2R3R4Gr1r2r3r4RxRoror5r6AFBHCDEmAiI0 当当C C，D D电位相等，即电桥平衡时，电位相等，即电桥平衡时，G G另指示。这时：另指示。这时：则则：同理同理和和假如满足：假如满足：R1,R2,R3,R4R1,R2,R3,R4分分别大大于别大大于r1r1，r2r2，r3 r3，r4r4方程简方程简化为化为:将两式相比将两式相比：如果调节标准电阻箱使电桥平衡有如果调节标准电阻箱使电桥平衡有R3=R1,R4=R2R3=R1,R4=R2则：则：需要满足的条件需要满足的条件 A:A:要求要求I I0 0比比i i 至少要大至少要大4 4到到5 5个数量级以上，因个数量级以上，因此此R R3 3，R R4 4要比要比 r r0 0 大得多，这样可以保证大多数电流大得多，这样可以保证大多数电流从从 r r0 0 流过。流过。B:RB:R1 1,R,R2 2 ,R ,R3 3,R,R4 4的电阻值应适当取得大一的电阻值应适当取得大一些，但不能无限地扩大，这样要引起灵敏度的下降。些，但不能无限地扩大，这样要引起灵敏度的下降。把把四端接法的低四端接法的低电阻（如待测低电阻和比较臂低电电阻（如待测低电阻和比较臂低电阻）接入原单臂电桥，这样就多了一臂，最后就演变阻）接入原单臂电桥，这样就多了一臂，最后就演变成为上图的双臂电桥的电原理图。成为上图的双臂电桥的电原理图。为了保证电桥在调节平衡过程中同步协调，通常都为了保证电桥在调节平衡过程中同步协调，通常都采用两个机械联动转换开关，同时也就一定存在采用两个机械联动转换开关，同时也就一定存在两个两个相等的比率，这样电桥有了两个比率臂，故有双臂电相等的比率，这样电桥有了两个比率臂，故有双臂电桥之称。桥之称。三、实三、实 验验 仪仪 器器实验仪器实验仪器:QJ44QJ44双臂电桥面板介绍双臂电桥面板介绍：电源输入电源输入检流计检流计指另调节指另调节电流输入电流输入电压输入电压输入倍率倍率 灵敏度调节灵敏度调节（逆时针到底，灵敏度最小）（逆时针到底，灵敏度最小）电流放大器电电流放大器电源开关源开关测定臂细调测定臂细调测定臂粗调测定臂粗调电源按钮电源按钮检流计按钮开关检流计按钮开关操作要点操作要点：1 1、将检流计电源开关、将检流计电源开关“B1”B1”开启，稳定后（大开启，稳定后（大约约5 5分钟）灵敏度逆时针到底，调节调另按钮使检流分钟）灵敏度逆时针到底，调节调另按钮使检流计指示为另。计指示为另。2 2、用导线将被测电阻按四端接线的方式完成必、用导线将被测电阻按四端接线的方式完成必要的连接。其中要的连接。其中PPPP是电压端：是电压端：C-CC-C是电流端。是电流端。3 3、估计被测电阻的大小，选择适当的倍率，先、估计被测电阻的大小，选择适当的倍率，先按按B B按钮后按按钮后按G G按钮，细心调节测定臂粗调与测定臂按钮，细心调节测定臂粗调与测定臂细调，使电桥平衡，逐渐提高电桥灵敏度，然后反细调，使电桥平衡，逐渐提高电桥灵敏度，然后反复调节直到最灵敏度的位置方可以读数：复调节直到最灵敏度的位置方可以读数：R RX X=倍率倍率 X X（步进位数步进位数+测定盘读数）测定盘读数）4 4、测量完成后，将、测量完成后，将B1B1开关关闭。开关关闭。四、实四、实 验验 内内 容容 1、测定金属的电阻率和电导率测定金属的电阻率和电导率 试用试用QJ-44QJ-44型型双臂电桥测出黄铜棒的电阻率双臂电桥测出黄铜棒的电阻率和电导率和电导率 。双臂电桥使用见说明书，数据。双臂电桥使用见说明书，数据表格和数据处理自拟。表格和数据处理自拟。测测量量过过程程点点击击播播放放2、测定金属的电阻温度系数测定金属的电阻温度系数 导体的电阻随温度不同有所变化导体的电阻随温度不同有所变化,金属的电阻随温度的金属的电阻随温度的变化关系为：变化关系为：中的中的R R和和R R0 0分别表示分别表示t t C C和和0 0 C C时的电阻，时的电阻，是常数，即待是常数，即待测材料的电阻的温度系数。测材料的电阻的温度系数。为了避免在为了避免在0 0 C C时测量时测量R R0 0，可可从从R R1 1=R=R0 0（1+1+t t）及及R R2 2=R=R0 0（1+1+t t）两式中消去两式中消去R R0 0得：得：从上式可知：测定从上式可知：测定，必须先测定，必须先测定t t1 1、R R1 1、t t2 2、R R2 2。t t1 1、t t2 2可以温度控制器上读出。可以温度控制器上读出。R R1 1、R R2 2用用“QJ-44QJ-44型直流双臂电桥型直流双臂电桥”来测量。来测量。（1）测量装置测量装置 被测电阻封接在一个密封被测电阻封接在一个密封的金属罐内，其中心有一盛有的金属罐内，其中心有一盛有机油的小罐（既绝缘又使其导机油的小罐（既绝缘又使其导热均匀）把被测电阻与加热装热均匀）把被测电阻与加热装置都浸入油中，然后密封金属置都浸入油中，然后密封金属外盖。实验装置见下图外盖。实验装置见下图。CPPC测定金属的电阻温度系数装置测定金属的电阻温度系数装置被测电电阻阻机油机油加热器加热器外盖外盖冷却风扇冷却风扇接接加温与温度控制加温与温度控制注意注意:储油罐注入约三分之二深储油罐注入约三分之二深度的机油，测量电阻应慢慢放度的机油，测量电阻应慢慢放入储油罐内，并防止溢油。入储油罐内，并防止溢油。加温装置的使用与操作加温装置的使用与操作（1 1）将）将被测电阻的四引出端分别按电压，电流端与被测电阻的四引出端分别按电压，电流端与双臂电桥完成连接。双臂电桥完成连接。（2 2）启动加热器的电源，注意一下启动时的显示温）启动加热器的电源，注意一下启动时的显示温度，接着设定温度的范围，一般大约定在度，接着设定温度的范围，一般大约定在9090度左右。度左右。(3(3）每当升高）每当升高55C C左右测一次电阻和温度并作记录，左右测一次电阻和温度并作记录，一直做到一直做到9090度左右，视情况而定。度左右，视情况而定。(4)(4)停止加温，启动风扇降温，在刚才记录数据的停止加温，启动风扇降温，在刚才记录数据的温度上，再记录下降温时的数据，作平均值。温度上，再记录下降温时的数据，作平均值。注：实验也可以先直接加热到设定的温度，然后慢慢降温，只注：实验也可以先直接加热到设定的温度，然后慢慢降温，只测降温数据作出实验结果。测降温数据作出实验结果。测量操作测量操作（5 5）充分利用实验数据，用数据组合分别代入式（）充分利用实验数据，用数据组合分别代入式（1 1）求）求出出，再求其平均值。，再求其平均值。（6 6）作出）作出R Rt t-t-t的曲线，根据曲线求出的曲线，根据曲线求出 值（或上机进行数值（或上机进行数据处理）。试与用（据处理）。试与用（1 1）式求得的）式求得的 的平均值作比较，分的平均值作比较，分析两者产生差异的原因？析两者产生差异的原因？测测量量过过程程点点击击播播放放五、注五、注 意意 事事 项项 1 1、在加温过程中，加温装置所显示的温度采、在加温过程中，加温装置所显示的温度采用即时即读，并将读下的温度作为测量的起始点，用即时即读，并将读下的温度作为测量的起始点，然后每增加几度，记录一个数据。然后每增加几度，记录一个数据。2 2、在做降温操作时，可以打开炉盖，启动降、在做降温操作时，可以打开炉盖，启动降温风晒扇，节省实验时间。温风晒扇，节省实验时间。3 3、加温装置严禁干烧，实验前应该检查有无、加温装置严禁干烧，实验前应该检查有无加油。加油。4 4、实验结束后，将仪器整理放好，桌面整理、实验结束后，将仪器整理放好，桌面整理干净。干净。