直流双臂电桥测量低值电阻ppt课件.ppt

实验四用双臂电桥测低电阻实验目的
1.了解双臂电桥测低电阻的原理；
2.学会用双臂电桥测低电阻；
3.用双臂电桥测量导体的电阻率。
实验仪器和用具
QJ44型直流双臂电桥，螺旋测微计，铜丝，米尺，直流电源。QJ44型直流双臂电桥使用方法：
（1）在仪器底部电池盒中装上5节1号干电池，或在外接电源接线柱“B外”上接入1.5—2伏容量大于10安培小时的直流稳压电源，并将“电源选择”开关拔向相应位置。
（2）将检流计指针调到“0”位置。
（3）将被测电阻的四端接到双臂电桥的相应四个接线柱上。
（4）估计被测电阻值，将倍率开关旋到相应的位置上。
（5）当测量电阻时，应先按“B”后按“G”按钮，并调节读数盘，使电流计重新回到“0”位。断开时应先放“G”后放“B”按钮。注意：一般情况下，“B”按钮应间歇使用。此时电桥已处平衡，而被测电阻为
＝（倍率开关的示值）×（读数盘的示值）
（6）使用完毕，应把倍率开关旋到“短路”位置上。双臂电桥（又称开尔文电桥）是测量电阻的又一种方法。电阻按阻值的大小来分，大致可以分为三类：在1Ω以下的为低电阻；在1--106Ω之间的为中电阻；106Ω以上的为高电阻。电阻的阻值不同，它们的测量方法也不相同。例如，用惠斯通电桥测中电阻时，会忽略导线本身的电阻和接点处接触电阻（总称附加电阻）的影响，但用它测低电阻时，就不能忽略了。一般地说，附加电阻约0.001Ω为左右。若所测低电阻为0.01Ω，则附加电阻的影响可达10%。若所测低电阻在0.001Ω以下，就无法得出测量结果了。对惠斯通电桥加以改进而成的双臂电桥消除了附加电阻的影响，一般用来测量10-5--10Ω之间的低电阻。实验原理由于电压表内阻较大，故r1、r4对其影响不大可以忽略，而r2、r3与RX相比不能忽略，有时甚至超过RX，所以图a不能用于低阻的测量。解决上述问题的关键在于消除r2和r3的影响。如图c就可达到这个目的，它将低电阻RX两侧的接点分别分为两个电流接点cc和两个电压接点pp，这样电压表测量的是长为L的一段低值电阻两端的电压。这样的四接点测量电路使低值电阻测量成为可能。二、低值电阻的双电桥原理
双电桥测低电阻，就是将未知低电阻RX和已知标准低电阻RS相比较，如图d所示，r1、r2、r3、r4为接触电阻和导线电阻，比较RX与RS两端电压时，用通过两个分压电路adc和b1bb2去比较b、d两点的电势。由于R1、R2、R3、R4的阻值较大，其两端的接触电阻和导线的电阻可忽略不计。
当R1、R2、R3、R4取某一值时可使IG=0,即
Ubc=Udc
如图d所示，设通过RX的电流为I，则由于r2<<R1,r2<<R2.上两式中取

相除得：

则

当时，可以消除接触电阻r2的影响。
此时

即满足和的条件下，

可以用上式算出未知低值电阻。三、实验内容
一段导体的电阻与该导体的材料的物理性质及其几何形状有关。实验指出，导体的电阻与其长度L成正比，与其横截面积S成反比，即
（4-6）
式中的比例系数称为导体的电阻率，其大小表示导电材料的性质。设某段导线的横截面为圆型，直径为d，则
（4-7）（1）将一段圆柱形导体（如铜丝、铅棒或铁棒等）按“四端电阻”的形式，如图4-4所示，连接在双臂电桥的P1P2C1C2的4个接线柱上，测出P1P2间电阻R。

（2）根据选用导体粗细的不同，合理选用螺旋测微计测量出导体的直径d。在不同段十字方向共测量5次，求出平均值。
（3）用米尺测量出P1P2间的长度L。（5）由公式（4-7）计算出电阻率，并用测量不确定度表示结果。电桥测量的不确定度：
◆.双臂电桥的精确度等级与所选择的倍率有关；电桥各级倍率与有效量程、精确度等级指数的关系可见下表：【注意事项】
1.连接用的导线应短而粗，各接头必须干净、接牢，避免接触不良。
2.由于通过待测电阻的电流较大，在测量过程中，通电的时间应尽量短暂。
3.测量导体的电阻率，在连接电桥前双臂电桥中的检流计要先调零。
4.双臂电桥使用结束后，要关闭电源开关。使用操作要点：
▲.双臂电桥用以测量低值电阻，待测电阻须依四端接法接入电桥；

▲.使用电桥之前，应先选择倍率C的取值。C可由粗测阻值和电桥读值来估算其数值；

▲.C的取值应使电桥读值有最多的有效位数（四位）；

▲.仪器的工作电源可以内接，也可以外接；▲.使用仪器以前，先接通电源，预热五分钟；
▲.注意调节检流计零位；灵敏度先调节至最小、操作中逐步提高测量灵敏度；
▲.在最高灵敏度条件下进行最后测量，电桥读数等于步进粗调盘的读数与滑动细调读数之和；电阻测量结果为电桥读数与倍率之积；
▲.电桥测量操作尽可简短，避免较工作大电流长时间通电运行引起测量误差或危及仪器安全；
▲.按扭B和G应间歇使用（跃接），不要锁住；