双臂电桥测低电阻-实验报告
双臂电桥测低电阻实验报告
实验题目 双臂电桥测低电阻
实验目的 熟悉双臂电桥的原理、特点和接线方法。
掌握测量低电阻的特殊性和采用四端接法的必要性。 了解金属电阻率测量方法的要点。
实验原理
为了消除接触电阻对于测量结果的影响,需要将接线方式改成下图 3方式,将低电阻Rx以四端接法方式连接,等效电路如图 4 。此时毫伏表上测得电眼为Rx的电压降,由Rx = V/I即可准测计算出Rx。接于电流测量回路
中成为电流头的两端(A、D),与接于电压测量回路中称电压接头的两端(B、C)是各自分开的,许多低电阻的标准电阻都做成四端钮方式。
根据这个结论,就发展成双臂电桥,线路图和等效电路图5和图6所示。标准电阻Rn电流头接触电阻为Rin1、R in2,待测电阻Rx的电流头接触电阻为Rix1、R ix2,都连接到双臂电桥测量回路的电路回路内。标准电阻电压头接触电阻为Rn1、R n2,待测电阻Rx电压头接触电阻为Rx1、Rx2,连接到双臂电桥电压测量回路中,因为它们与较大电阻R1、R 2、R3、R相串连,故其影响可忽略。
由图5和图6,当电桥平衡时,通过检流计G的电流IG = 0, C和D两点电位相等,根据基尔霍夫定律,可得方程组(1)
I1RI3RXI2R3
I1R1I3RnI2R2
I3I2R1I2R3R2
(1)
解方程组得
RX
R2R3RRR1
R1R1R3R2R1R1R
(2)
R2R3
R成立,则(2
)式通过联动转换开关,同时调节R1、R 2、R3、R,使得R1
中第二项为零,待测电阻Rx和标准电阻Rn的接触电阻Rin1、R ix2均包括在低电阻导线Ri内,则有
RX
RRnR1
(3)
实验仪器
铜棒,铝棒,稳压源,电流表,限流电阻,双刀双掷开关,标准电阻,检流计,低电阻,电桥,导线等。
本实验所使用仪器有QJ36型双臂电桥(0.02级)、JWY型直流稳压电源 (5A15V)、电流表(5A)、RP电阻、双刀双掷换向开关、0.001标准电阻(0.01级)、超低电阻(小于0.001连接线、低电阻测试架(待测铜、铝棒各一根)、直流复射式检流计(C15/4或6型)、千分尺、导线等。
棒材金属测试架 实验步骤
用双臂电桥测量金属材料(铜棒、铝棒)的电阻虑,先用(3)式测量Rx,再求。
1.将铜棒安装在测试架上,按实验电路图接线。选择长度为40cm,调节
R1,R2为1000调节R使得检流计指示为0,读出此时R的电阻值。利用双刀开关换向,正反方向各测量3组数据。 2.选取长度30cm,重复步骤1。
3.在6个不同的未知测量铜棒直径并求D的平均值。 4.计算2种长度的x和,再求。
5.取铜棒40cm长度,计算测量值的标准偏差。 6.将铜棒换成铝棒,重复步骤1至5。
实验电路图
注意事项
按线路图电流回路接线,标准电阻和未知电阻连接到双臂电桥时注意电压头接线顺序。 先将铝棒(后测铜棒)安装在测试架刀口下面,端头顶到位螺丝拧紧。 检流计在X1和X0.1档进行调零、测量,不工作时拨到短路档进行保护。
实验数据
Rn0.001
E6V
R1R21000 Rn 0.01级 电桥 0.02级
数据处理
分析评定实验结果的不确定度
D2Rx
L
(
)ln
lnln
D2Rx
L
2lnDlnRxlnL
ddDdRxdL2 DRxL
|d|2|dD||dRx||dL|
D
Rx
L
(
u
)24(
uD2uRx2uL2
)()()
DRxL
u
对铜棒40cm的测量分析
uAD0.0073710-6m
uB估/C1.33310-6m
tp=1.11,kp=1,
P=0.68
D8.23310-6m
R1.137710-6m
x
=6.66610-6m LB估/C代入不确定度合成公式:
U10-8Ωm,P=0.68
实验结果
实验讨论和心得体会
实际上即使用了联动转换开关,也很难完全做到R2/R1R3/R。为了减小(2)式中第二项的影响,使用尽量粗的导线以减小电阻Ri的阻值(Ri
本次实验基本达到了实验目的,理解了其原理等。本实验很重要的一方面是
操作连接电路,在老师的知道下尝试以对原理的理解来记忆电路,然后接线,效果非常好。
课后思考题
1.如果将标准电阻和待测电阻电流头和电压头互换,等效电路有何变化,有什
么不好? 答:如果将标准电阻和待测电阻电流头和电压头互换,又重新带来了接触电阻的
影响,这与四端法的本意相违背。 2.在测量时,如果被测低电阻的电压头接线电阻较大(例如被测电阻远离电桥,
所用引线过细过长等),对测量准确度有无影响? 答:有影响,电压头接线电阻与R1,R2,R3,R串联,R1,R2,R3,R的实际值应分别加上它们,而我们在计算是认为它们相对R1,R2,R3,R非常小,忽略不计。但当它们的值较大时我们就不可以忽略了