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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上雙臂電橋測(cè)量低電阻用惠斯頓電橋測(cè)量中等電阻時(shí)，忽略了導(dǎo)線電阻和接觸電阻的影響，但在測(cè)量1以下的低電阻時(shí)，各引線的電阻和端點(diǎn)的接觸電阻相對(duì)被測(cè)電阻來(lái)說(shuō)不可忽略，一般情況下，附加電阻約為10-510-2。為避免附加電阻的影響，本實(shí)驗(yàn)引入了四端引線法，組成了雙臂電橋（又稱為開(kāi)爾文電橋）。這是一種常用的測(cè)量低電阻的方法，已廣泛的應(yīng)用于科技測(cè)量中?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解四端引線法的意義及雙臂電橋的結(jié)構(gòu)；2、學(xué)習(xí)使用雙臂電橋測(cè)量低電阻；3、學(xué)習(xí)測(cè)量導(dǎo)體的電阻率?！緦?shí)驗(yàn)儀器】電流源、電流換向開(kāi)關(guān)、檢流計(jì)開(kāi)關(guān)、檢流計(jì)、待測(cè)電阻、可調(diào)低值標(biāo)準(zhǔn)電阻各一個(gè)，橋臂電阻四個(gè)，導(dǎo)線若干。【實(shí)驗(yàn)原理

2、】1、四端引線法電阻的阻值范圍一般很大，可以分為三大類(lèi)型進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于高值電阻（107）的測(cè)量一般用兆歐表測(cè)量。測(cè)量中值電阻（10106），伏安法是比較容易的方法，惠斯頓電橋法是一種精密的測(cè)量方法。對(duì)于低值電阻（10以下），若用惠斯登電橋或伏安法測(cè)量，由于連接導(dǎo)線的電阻和線柱的接觸電阻的影響（數(shù)量級(jí)為10-210-5），結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大誤差，而接觸電阻是產(chǎn)生誤差的關(guān)鍵。實(shí)際上要減少接觸電阻和導(dǎo)線電阻的數(shù)值是不容易的，要解決問(wèn)題只能從線路本身去著手。圖1為伏安法測(cè)電阻的線路圖，待測(cè)電阻RX兩側(cè)的接觸電阻和導(dǎo)線電阻分別用等效電阻r1、r2、r3、r4表示。由于電壓表的內(nèi)阻較大，因此r1和r4對(duì)測(cè)量的

3、影響不大，而r2和r3與RX串聯(lián)在一起，因此實(shí)際上被測(cè)電阻應(yīng)為r2+RX+r3。如果r2和r3阻值與RX為同一數(shù)量級(jí)，甚至超過(guò)RX，那么就不能用該電路來(lái)測(cè)量RX了。圖1 伏安法測(cè)電阻 圖2 四端引線法測(cè)電阻若在測(cè)量電路的設(shè)計(jì)上改為如圖2 所示的電路，將待測(cè)低電阻RX兩側(cè)的接點(diǎn)分為兩個(gè)電流接點(diǎn)C-C和兩個(gè)電壓接點(diǎn)P-P，C-C在P-P的外側(cè)。顯然電壓表測(cè)量的是P-P之間電阻兩端的電壓，消除了r2和r3對(duì)RX測(cè)量的影響。這種測(cè)量低電阻或低電阻兩端電壓的方法叫做四端引線法，廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量領(lǐng)域中。例如為了研究高溫超導(dǎo)體在發(fā)生正常超導(dǎo)轉(zhuǎn)變時(shí)的零電阻現(xiàn)象和邁斯納效應(yīng)，必須測(cè)定臨界溫度Tc，正是用通常的

4、四端引線法，通過(guò)測(cè)量超導(dǎo)樣品電阻R隨溫度T的變化而確定的。因此為了減小接觸電阻和接線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，在本實(shí)驗(yàn)中使用的低值標(biāo)準(zhǔn)電阻設(shè)有四個(gè)端鈕C1、C2、P1和P2。2、雙臂電橋（開(kāi)爾文電橋）原理如圖3所示，在惠斯登電橋中有十二根導(dǎo)線和A、B、C、D四個(gè)接點(diǎn)，其中A、C點(diǎn)到電源和B、D點(diǎn)到檢流計(jì)的導(dǎo)線電阻可并入電源和檢流計(jì)的內(nèi)阻里，對(duì)測(cè)量結(jié)果無(wú)影響，但橋臂的八根導(dǎo)線和四個(gè)結(jié)點(diǎn)會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。在電橋中由于比較臂、可用阻值較高的電阻，因此與這兩個(gè)電阻相連的四根導(dǎo)線的電阻不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)多大誤差，可以略去不計(jì)。由于待測(cè)電阻是一個(gè)低值電阻，比較臂也應(yīng)是低值電阻，于是與、相連的導(dǎo)線和接點(diǎn)電阻就會(huì)影

5、響測(cè)量結(jié)果。為了消除上述電阻的影響，我們采用圖4的電路，電路中為待測(cè)電阻，為標(biāo)準(zhǔn)電阻，、組成電橋雙臂電阻。它與圖2的惠斯登電橋相比較，不同點(diǎn)在于： 圖3 惠斯登電橋原理圖（1）橋的一端B接到附加電路C2BF上，、和、并列，故稱雙臂電橋。 （2）C1、C2間為待測(cè)的低值電阻。連接時(shí)要用四個(gè)接頭，C1、C2稱為電流接點(diǎn)，位于電橋外。P1、P2稱為電壓接頭，位于電橋內(nèi)。 圖4 雙臂電橋原理圖這種電路用電阻測(cè)量補(bǔ)償法消除接觸電阻的影響，P1、P2兩點(diǎn)間的電阻即為需要測(cè)量的待測(cè)電阻。假設(shè)P1、P2、F、H等處的接線接觸電阻分別為、，它們附加入、。一般來(lái)說(shuō)，接線電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于橋臂電阻（），因而這幾處的接線電

6、阻的對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響可忽略不計(jì)，而C1、C2處接線接觸電阻在電橋的外路上，顯然與電橋平衡無(wú)關(guān)，因而無(wú)需考慮其對(duì)結(jié)果的影響。當(dāng)電橋上的檢流計(jì)指示為零時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)。此時(shí)電橋雙臂電阻內(nèi)流過(guò)電流相等，即； 內(nèi)流過(guò)的電流也相等，即；內(nèi)流過(guò)電流亦相等，即。設(shè)之間的連線電阻為，則由基爾霍夫定律可得： 由于，因此近似地可得： 將上述三個(gè)方程聯(lián)立求解，可得下式： （1）由此可見(jiàn)，用雙臂電橋測(cè)電阻，Rx的結(jié)果由等式右邊的兩項(xiàng)來(lái)決定，其中第一項(xiàng)與單臂電橋相同，第二項(xiàng)稱為更正項(xiàng)。為了更方便測(cè)量和計(jì)算，使雙臂電橋求Rx的公式與單臂電橋相同，所以實(shí)驗(yàn)中可設(shè)法使更正項(xiàng)盡可能做到為零。在雙臂電橋測(cè)量時(shí)，通?？刹捎猛?/p>

7、調(diào)節(jié)法，令，使得更正項(xiàng)能接近零。在實(shí)際的使用中，通常使,，則上式變?yōu)?（2）在這里必須指出，在實(shí)際的雙臂電橋中，很難做到與完全相等，所以和之間的電流接點(diǎn)間的導(dǎo)線應(yīng)使用較粗的、導(dǎo)電性良好的導(dǎo)線，以使值盡可能小，這樣，即使與兩項(xiàng)不嚴(yán)格相等，但由于值很小，更正項(xiàng)仍能趨近于零。為了更好的驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，可以人為地改變、的值，使,，并與,時(shí)的測(cè)量結(jié)果相比較。雙臂電橋所以能測(cè)量低電阻，總結(jié)為以下關(guān)鍵兩點(diǎn)：a、單臂電橋測(cè)量小電阻之所以誤差大，是因?yàn)橛脝伪垭姌驕y(cè)出的值，包含有橋臂間的引線電阻和接觸電阻，當(dāng)接觸電阻與相比不能忽略時(shí)，測(cè)量結(jié)果就會(huì)有很大的誤差。而雙臂電橋電位接點(diǎn)的接線電阻與接觸電阻位于、和的支路中，

8、實(shí)驗(yàn)中只需設(shè)法令、和都不小于100，那么接觸電阻的影響就可以略去不計(jì)。b、雙臂電橋電流接點(diǎn)的接線電阻與接觸電阻，一端包含在電阻里面，而是存在于更正項(xiàng)中，對(duì)電橋平衡不發(fā)生影響；另一端則包含在電源電路中，對(duì)測(cè)量結(jié)果也不會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)滿足條件時(shí)，基本上消除了的影響。3.金屬棒的電阻率根據(jù)歐姆定律，對(duì)于粗細(xì)均勻的圓金屬導(dǎo)體，其電阻值與長(zhǎng)度成正比，與橫截面積成反比，式中，為電阻率。若已知導(dǎo)體的直徑，L為金屬棒的長(zhǎng)度。則： （3）【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟】一、測(cè)量金屬棒的電阻率1將待測(cè)金屬棒的長(zhǎng)度設(shè)定為40.00cm，只測(cè)一次。并計(jì)算的合成不確定度；2. 用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)出金屬棒的直徑，在不同地方測(cè)5次求平均，并計(jì)

9、算的標(biāo)準(zhǔn)偏差和的合成不確定度；3. 如圖4所示接線。將可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻、被測(cè)電阻按四端連接法，與、和連接，注意CN1、CX2之間要用粗短連線。圖4 雙臂電橋?qū)嶒?yàn)線路圖4打開(kāi)電流源和檢流計(jì)的開(kāi)關(guān)。預(yù)熱5min后，將檢流計(jì)檔位鍵置于“調(diào)零”處，調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕使檢流計(jì)指針指在零位置上。然后，將檢流計(jì)檔位鍵置于“補(bǔ)償”處，調(diào)節(jié)補(bǔ)償旋鈕使檢流計(jì)指針指在零位置上。5. 估計(jì)被測(cè)電阻值大小，選擇適當(dāng)、和的阻值（注意：,）。使得為0.1。6. 先閉合電鍵K，再正向接通換向開(kāi)關(guān)，接通電橋的電源，將檢流計(jì)檔位鍵置于“非線性”處，進(jìn)行粗測(cè)。調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)步進(jìn)盤(pán)和劃線讀數(shù)盤(pán)，使檢流計(jì)指示為零。（注意：測(cè)量低阻時(shí)，工作電流較大，

10、由于存在熱效應(yīng)，會(huì)引起被測(cè)電阻的變化，所以電源開(kāi)關(guān)不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間接通，應(yīng)該間歇使用。）7. 然后將檢流計(jì)檔位鍵分別放置在10mV，3mV，逐級(jí)進(jìn)行精確測(cè)量，直至30V，記錄此時(shí)、和的數(shù)值。為了消減接觸電勢(shì)和熱電勢(shì)對(duì)測(cè)量的影響，保持測(cè)量線路不變，再反向接通換向開(kāi)關(guān)，重新微調(diào)劃線讀數(shù)盤(pán)，使電橋重新達(dá)到平衡，檢流計(jì)指針重新指在零位上，再次記錄、和的數(shù)值。重復(fù)測(cè)量5次。（注意：在測(cè)量未知電阻時(shí)，為保護(hù)檢流計(jì)指針不被打壞，檢流計(jì)的靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕應(yīng)放在最低位置，使電橋初步平衡后再増加檢流計(jì)靈敏度。在改變檢流計(jì)靈敏度或環(huán)境等因素變化時(shí)，有時(shí)會(huì)引起檢流計(jì)指針偏離零位，在測(cè)量之前，隨時(shí)都應(yīng)調(diào)節(jié)檢流計(jì)指零。）8. 關(guān)

11、閉電源，整理儀器。二、測(cè)量金屬棒的電阻值1. 在為1的情況下，分別測(cè)量金屬棒為20.00cm、25.00cm、40.00cm時(shí)的電阻值，各測(cè)一次。（注意：每次測(cè)量都應(yīng)進(jìn)行正向和反向測(cè)量）2. 關(guān)閉電源，整理儀器。三、研究對(duì)結(jié)果的影響1. 在為0.1的情況下，測(cè)量棒長(zhǎng)為40.00cm時(shí)，調(diào)節(jié)或，使或，測(cè)量40.00cm金屬棒的值。重復(fù)測(cè)量5次。并與,時(shí)的測(cè)量結(jié)果比較。2. 關(guān)閉電源，整理儀器?！緮?shù)據(jù)處理要求】一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一計(jì)算在為0.1的情況下，棒長(zhǎng)為40.00cm金屬棒的電阻率及不確定度，寫(xiě)出結(jié)果表達(dá)式，并與標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算百分差。（ ）二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二利用圖解法計(jì)算金屬棒的電阻率，并與標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算百分差。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三比較（或）與和時(shí)的測(cè)量結(jié)果，并寫(xiě)出相應(yīng)結(jié)論。專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)