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云南农业大学

物 理 实 验 报 告

实验名称：惠斯通电桥测量电阻

一、实验目的

(1)了解惠斯通电桥的构造和测量原理。

(2)掌握用惠斯通电桥测电阻的方法。

(3)了解电桥灵敏度的概念及其对电桥测量准确度的影响。

二、实验仪器

滑线式电桥，箱式电桥，检流计，电阻箱，滑动电阻器，待测电阻，电源，开关，导线等。

三、实验原理：

1.惠斯通电桥的测量原理

如图1所示，由已知阻值的三个电阻R0、R1、R2和一个待测电阻Rx组成一个四边形，每一条边称为电桥的一个臂，在对角A、B之间接入电源E，对角C、D之间接入检流计G。适当调节R0、R1、R2的阻值，可以使检流计G中无电流流过，即C、D两点的电势相等，电桥的这种状态称为平衡态。电桥的平衡条件为

(1)

式中比例系数K称为比率或倍率，通常将R1、R2称为比率臂，将R0称为比较臂。

2.电桥的灵敏度

式(1)是在电桥平衡的条件下推导出来的，而电桥是否达到真正的平衡状态，是由检流计指针是否有可察觉的偏转来判断的。检流计的灵敏度是有限的，当指针的偏转小于0.1格时，人眼就很难觉察出来。在电桥平衡时，设某一桥臂的电阻是R，若我们把R改变一个微小量ΔR，电桥就会失去平衡，从而就会有电流流过检流计，如果此电流很小以至于我们未能察觉出检流计指针的偏转，我们就会误认为电桥仍然处于平衡状态。为了定量表示检流计的误差，我们引入电桥灵敏度的概念，它定义为

(2)

式中，ΔR为电桥平衡后电阻R的微小改变量，Δn为电阻R变化后检流计偏离平衡位置的格数，所以S表示电桥对桥臂电阻相对不平衡值ΔR/R的反应能力。

3.滑线式惠斯通电桥

滑线式惠斯通电桥的构造如图2所示。A、B、C是装有接线柱的厚铜片（其电阻可以忽略），A、B之间为一根长度为L、截面积和电阻率都均匀的电阻丝。电阻丝上装有接线柱的滑键可沿电阻丝左右滑动，按下滑键任意触头，此时电阻丝被分成两段，设AD段的长度为L1、电阻为R1，DB的长度为L2、电阻为R2，因此当电桥处于平衡状态时，有

(3)

式中，L1的长度可以从电阻丝下面所附的米尺上读出，R0用一个十进制转盘式电阻箱作为标准电阻使用。另外电源E串联了一个滑线变阻器RE，对电路起保护、调节作用。为了消除电阻丝不均匀带来的误差，可用交换R0与Rx的位置重新测量的方法来解决。也就是在测定Rx之后，保持R1、R2不变（即D点的位置不变），将R0与Rx的位置对调，重新调节R0为
，使电桥达到平衡，则有

(4)

所以

(5)

由式(5)可知，Rx与R1、R2（或L1、L2）无关，它仅取决于R0的准确度。可以证明当K=R1/R2=1时，电桥的灵敏度最高，由于灵敏度限制而引起的误差最小，显然我们应在此最佳条件下测量。为此测量时可先将D点放在电阻丝的中间，调节R0的值，使电桥尽量接近平衡，然后再微调D点的位置即可使电桥达到平衡。

4.箱式惠斯通电桥

在面板的左上方是比率臂旋钮（量程变换器），比率臂R1、R2由8个定位电阻串联而成，旋转调节旋钮，可以使倍率K从0.001改变到1000共7个挡，在不同的倍率挡电阻的测量范围和准确度不同，如表1所示。面板右边是作为比较臂的标准电阻R0，它由4个十进位电阻器转盘组成，最大阻值为9999Ω；检流计安装在比率臂下方，其上有调零旋钮；将待测电阻接在Rx两接线柱之间；“B”是电源的按钮开关，“G”是检流计的按钮开关；使用箱内电源和检流计时应将“外接”短路；当电桥平衡时，待测电阻由式(1)可得。

表1 不同倍率挡的测量范围与相对不确定度

倍率K

0.001

0.01

0 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 定度

待测电阻的不确定度

待测电阻的阻值

2.箱式电桥

（1）电阻1：

待测电阻的阻值

由表1可知，当K=0.1时，电桥的相对不确定度为0.2%

待测电阻的不确定度为

待测电阻的阻值

（2）电阻2：

待测电阻的阻值

由表1可知，当K=0.01时，电桥的相对不确定度为0.5%

待测电阻的不确定度

待测电阻的阻值

七、实验误差分析

1、检流计的灵敏度越高，实验结果的误差越小，因此实验中要尽量选择灵敏度高、内阻低的检流计。

2、实验中，金属丝上的滑片应该尽量靠近中间，这样会使测量误差减小。

3、电阻箱的实验仪器发热以后也可能给实验带来了一定的误差。

八、

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