用非平衡电桥研究热敏电阻的温度特性
【实验目的】
1．掌握非平衡电桥的工作原理。
2．了解金属导体的电阻随温度变化的规律。 3．了解热敏电阻的电阻值与温度的关系。 4．学习用非平衡电桥测定电阻温度系数的方法。 【实验仪器】
FB203型多档恒流智能控温实验仪、QJ23直流电阻电桥、YB2811 LCR 数字电桥、MS8050数字表。 【实验原理】 1．金属导体电阻
金属导体的电阻随温度的升高而增加，电阻值t R 与温度t 间的关系常用以下经验公式表示：
)1(320 ct bt t R R t （1）
式中t R 是温度为t 时的电阻，0R 为t =0℃时的电阻， ，b ，c 为常系数。
在很多情况下，可只取前三项：)
1(20bt t R R t （2）
因为常数b 比 小很多，在不太大的温度范围内，b 可以略去，于是上式可近似写成：
)
1(0t R R t （3）
式中 称为该金属电阻的温度系数。
严格地说， 与温度有关，但在0~100℃范围内， 的变化很小，可看做不变。利用电阻与温度的这种关系可做成电阻温度计，例如铂电阻温度计等，把温度的测量转换成电阻的测量，既方便又准确，在实际中有广泛的应用。
通过实验测得金属的t R ~t 关系曲线（图1）近似为一条直线，斜率为 0R ，截距为0R 。根据金属导体的R ~t 曲线，可求得该导体的电阻温度系数。方法是从曲线上任取相距较远的两点（1t ,1R ）及(2t ,2R )，根据（3）式有：
1001t R R R 2002t R R R 联立求解得： 1
2211
2t R t R R R
（4）
2．半导体热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，是一种敏感元件。其特点是在一定的温度范围内，它的电阻率T 随温度T 的变化而显著地变化，因而能直接将温度的变化转换为电量的变化。一般半导体热敏电阻随温度升高电阻率下降，称为负温度系数热敏电阻（简称“NTC ”元件），其电阻率T 随热力学温度T 的关系为
T B T e A 0
（5）
式中0A 与B 为常数，由材料的物理性质决定。 也有些半导体热敏电阻，例如钛酸钡掺入微量稀土元素，采用陶瓷制造工艺烧结而成的热敏电阻在温度升高到某特定范围（居里点）时，电阻率会急剧上升，称为正温度系数热敏电阻（简称“PTC ”元件）。其电阻率的温度特性为：
T
B T e A
（6）
式中A 、 B 为常数，由材料物理性质决定。 在本实验中我们使用的是负温度系数的热敏电阻。 对于截面均匀的“NTC ”元件，阻值T R 由下式表示：
T B T
T e S
l
A S l R 0 （7） 式中l 为热敏电阻两极间的距离，S 为热敏电阻横截面积。令S
l
A A 0
，则有： T B T Ae R
（8）
上式说明负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高按指数规律下降，如图2所示，可见其对温度的敏感程度比金属电阻等其它感温元件要高得多。由于具有上述性质，热敏电阻被广泛应用于精密测温和自动控温电路中。
对（8）式两边取对数，得
A T
B
R T ln 1
ln
（9）
可见T R ln 与
T
1
成线性关系，若从实验中测得若干个T R 和对应的T 值，通过作图法可求出A (由截距A ln 求出)和B (即斜率)。
半导体材料的激活能Bk E ，式中k 为玻耳兹曼常数(J/K 1038.123 k )，将B 与k 值代入可求出E 。
根据电阻温度系数的定义：
dT
dR R dT d T
T T T 11
（10）
将（8）式代入可求出热敏电阻的电阻温度系数：
2T
B
（11）
对于给定材料的热敏电阻，在测得B 值后，可求出该温度下的电阻温度系数。 3．非平衡电桥
用惠斯通电桥测量电阻时，电桥应调节到平衡状态，此时0 g I 。但有时被测电阻阻值变化很快(如热敏电阻)，电桥很难调节到平衡状态，此时用非平衡电桥测量较为方便。
非平衡电桥是指工作于不平衡状态下的电桥，如图3所示。我们知道，当电桥处于平衡状态时G 中无电流通过。如果有一桥臂的阻值发生变化，则电桥失去平衡，0 g I ，g I 的大小与该桥臂阻值的变化量有关。如果该电阻为热敏电阻，则其阻值的变化量又与温度改变量有关。
这样，就可以用g I 的大小来表征温度的高低，这就是利用非平衡电桥测量温度的基本原理。
下面我们用支路电流法求出g I 与热敏电阻T R 的关系。桥路中电流计内阻g R ，桥臂电阻2R 、
3R 、4R 和电源电动势E 均为已知量，电源内阻忽略不计。
根据基尔霍夫第一定律，并注意附图中的电流参考方向，A 、B 、D 三个节点的电流方程如下：
节点A ：3
1I I I
节点B ：g I I I 21 节点D ：g
I I I 34
根据基尔霍夫第二定律，并注意到图中各双向标量的参考方向，3个网孔的回路电压方程
如下：
回路Ⅰ：0331 R I R I R I g g T
回路Ⅱ：0-4422 g g R I R I R I 回路Ⅲ：4
433R I R I E
解以上6个联立方程可得：
432244343232432R R R R R R R R R R R R R R R R R E
R R R R I T g T T T T g
（12）
由上式可知，当432R R R R T 时，0 g I ，电桥处于平衡状态。当432R R R R T 时，0 g I ，表示
g I 的实际方向与参考方向相同；当432R R R R T 时，0 g I ，表示g I 的实际方向与参考方向相
反。
将（12）式整理后求得热敏电阻T R ：
E
R R R R R R R R R R R I R R R R R R R R R I E R R R g g g g g g T 443244332423243232
（13）
从上式和（8）式可以看出，g I 与T R 以及T R 与T 都是一一对应的，也就是说g I 与T 有着确定的关系。如果我们用微安表测量g I ，并将微安表刻度盘的电流分度值改为温度分度值，这样的组合就可以用来测量温度，称为半导体温度计。用热敏电阻做温度计的探头，具有体积小，对温度变化反应灵敏和便于遥控等特点，在测温技术、自动控制技术等领域有着广泛的应用。
【实验内容】
本实验研究热敏电阻和铜丝电阻的温度特性。在老师指导下连接电路，用FB203型多档恒流智能控温实验仪加热热敏电阻和铜电阻、用QJ23直流电阻电桥测铜电阻电阻值、用YB2811 LCR 数字电桥测正温度热敏电阻阻值、用MS8050数字表测负温度热敏电阻阻值。每升温度5℃测一组电阻值，直到90℃。
根据公式（13）计算各温度t 对应的热敏电阻的值T R （升温、冷却或两者平均值三种情况，任选一种），以T R 为纵轴，t 为横轴作出T R ~t 曲线。
计算
T 1（T 为热力学温度）及相应的T R ln 值，以T R ln 为纵轴，T 1为横轴作出T R ln ~T
1
图，应为一条直线，求出其斜率B ，截距A ln ，写出热敏电阻的T R ~T 关系式，并计算出各温度的电阻温度系数。
以t R 为纵轴，t 为横轴，作出铜电阻的t R ~t 曲线，由曲线求出金属铜电阻的温度系数 。 【思考题】
1．由实验结果说明金属导体电阻及热敏电阻的阻值随温度变化的规律。 2．平衡电桥与非平衡电桥有何异同点？
3．为什么采用从曲线上任取两点的方法求铜电阻的 值，而不采用由延长线找0R 求 的方法？
4．利用最小二乘法拟合铜的t R ~t 曲线，算出 值，并与作图法得到的 值作比较。
非平衡直流电桥的原理和应用
非平衡直流电桥的原理和应用 直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是把待测电阻与标 准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电桥（开尔文电桥）。它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。【实验目的】 本实验采用FQJ型教学用非平衡直流电桥，该仪器集单臂、非平衡电桥于一体，通过本实验能掌握以下内容： 1．直流单臂电桥（惠斯登电桥）测量电阻的基本原理和操作方法； 2．非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法； 3．根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法及非平衡电桥功率输出法测电阻； 4．单臂电桥采用“三端”法测量电阻的意义。 【实验仪器】 1. FQJ型教学用非平衡直流电桥； 2. FQJ非平衡电桥加热实验装置。 【实验原理】
FQJ 型教学用非平衡直流电桥包括单臂直流电桥，非平衡直流电桥，上节我们已经对单臂电 桥有所了解，下面对非平衡电桥的工作原理进行介绍。 图1 非平衡电桥原理图 1．非平衡电桥桥路输出电压 非平衡电桥原理如图1所示，当负载电阻g R →∞ ，即电桥输出处于开路状态时，g 0I = ，仅有电压输出,并用0U 表示，根据分压原理，ABC 半桥的电压降为S U ，通过14, R R 两臂的电流为： S 1414 U I I R R ==+ （1） 则4 R 上之电压降为： 4BC S 14R U U R R =?+ （2） 同理 3R 上的电压降为： 3DC S 23R U U R R =?+ （3） 输出电压0U 为BC U 与DC U 之差
大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 12 月 10 日，第16周，星期 三 第 5-6 节 实验名称 直流平衡电桥测电阻 教师评语 实验目的与要求： 1） 掌握用单臂电桥测电阻的原理， 学会测量方法。 2） 掌握用双臂电桥测电阻的原理， 学会测量方法。 主要仪器设备： 1） 单臂电桥测电阻：QJ24型直流单臂电桥，自制惠更斯通电桥接线板，检流计，阻尼开关、四位 标准电阻箱、滑线变阻器、电路开关、三个带测电阻、电源； 2） 双臂电桥测电阻：QJ44型直流双臂电桥，待测铜线和铁线接线板、电源、米尺和千分尺。 实验原理和内容： 1 直流单臂电桥（惠斯通电桥） 1.1 电桥原理 单臂电桥结构如右图所示， 由四臂一桥组成； 电桥平衡条件是BD 两点电位相等， 桥上无电流通过， 此时有关系s s x R M R R R R ?== 2 1 成立， 其中M=R1/R2称为倍率， Rs 为四位标准电阻箱（比较臂）， Rx 为待测电阻（测量臂）。 1.2 关于附加电阻的问题： 附加电阻指附加在带测电阻两端的导线电阻与接触 电阻， 如上图中的r1, r2， 认为它们与Rx 串联。如果R x 远大于r ，则r 1+r 2可以忽略不计，
但是当R x 较小时，r 1+r 2就不可以忽略不计了，因此单臂电桥不适合测量低值电阻， 在这种情况下应当改用双臂电桥。 2 双臂电桥（开尔文电桥） 2.1 双臂电桥测量低值电阻的原理 双臂电桥相比单臂电桥做了两点改进， 增加R3、R4两个高值电桥臂， 组成六臂电桥；将Rx 和Rs 两个低值电阻改用四端钮接法， 如右图所示。在下面的计算推导中可以看到， 附加电阻通过等效和抵消， 可以消去其对最终测量值的影响。 2.2 双臂电桥的平衡条件 双臂电桥的电路如右图所示。 在电桥达到平衡时，有1234\\R R R R =，由基尔霍夫第二定律及欧姆定律可得并推导得： 31123 3141312242342 431323424 33112424 ()0x S x x x x x x I R I R I R R R R r R I R I R I R R R R R R r R R R R R R R M R I r I r R R R R R R R R R R R R ? =-? ??? ?=-?=+-? ??++?????===?=++?? ??=?-=?? 可见测量式与单臂电桥是相同的， R1/R2=R3/R4=M 称为倍率（此等式即消去了r 的影响）， Rs 为比较臂， Rx 为测量臂。 使用该式， 即可测量低值电阻。 步骤与操作方法： 1. 自组惠斯通电桥测量中值电阻 a) 按照电路图连接电路， 并且根据待测电阻的大小来选择合适的M 。 b) 接通电路开关， 接通检流计开关； 调节电阻箱Rs 的阻值（注意先大后小原则）， 使检流 计指零， 记下电阻箱的阻值Rs c) 重复以上步骤测量另外两个待测电阻值。 2. 使用成品单臂电桥测量中值电阻 a) 单臂成品电桥的面板如下页右上图所示。
大学物理实验教案 实验名称： 非平衡电桥特性测定 一 实验目的 1、了解非平衡电桥的工作原理。 2、了解非平衡电桥在单臂输入，双臂输入以及全臂输入时的输出特性。 二 实验仪器 电源，数字电压表，滑线变阻器，电阻箱（4个）。 三 实验原理 如图所示是电桥测量线路的基本形式。它由R 1,R 2,R 3,R 4四个阻抗元件首尾串接而成， 即称为桥臂。在串接回路中相对的两个结点A 、C 接入电桥电源U s （也称工作电压）；在另两个相对结点B 、D 上将有电压U o （也称输出电压）产生。若适当选取四个桥臂阻抗元件的阻值，在接入电桥的工作电压U s 时,电桥没有输出电压U o （U o =0），这时称电桥为平衡电 桥；反之，为非平衡电桥（U o ≠0）。即可得 S B U R R R U 212+= ， S D U R R R U 4 33+= ， 而桥路输出电压D B O U U U -=，将上两式代入得：S S O KU U R R R R R R R R U =++-= ) )((43213142。 当式中的比例常数K 为 （1）0=K （3142R R R R =）时，0=O U ，这种情况是平衡电桥。 （2）0
实验七 非平衡电桥的应用 非平衡电桥往往和一些传感元件配合使用．某些传感元件受外界环境（压力、温度、光强等）变化引起其内阻的变化，通过非平衡电桥可将阻值转化为电流输出，从而达到观察、测量和控制环境变化的目的． 本实验所用到的传感元件有：铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻和光敏电阻等，它们的阻值会随着温度或光强的变化而变化． 【实验目的】 1．学习非平衡电桥的工作原理； 2．学习和掌握非平衡电桥的应用； 3．学习一些传感器的工作原理和不同的测量电路． 【实验原理】 1．非平衡电桥的工作原理 如图1所示，在惠斯顿电桥中：E 为稳压电源，R 1和R 2为固定电阻，R P 为可变电阻，R x 为电阻型传感器，U out 为电桥输出电压．当 U out = 0时，电桥处于平衡状态，此时有 （1） x P R R R R 21=当 U out ≠ 0时，电桥处于不平衡状态，则有 ）（）2121(R R R R R R R R E U p x x P out +×+?×= （2） 在一定条件下，调整电桥达到平衡状态．由（1）式可见，此时电桥的平衡状态与电源无关；当外界条件改变时，传感器的阻值R x 会有相应的变化，这时电桥平衡被破坏，桥路两端的电压U out 也随之而变，由于桥路的输出电压U out 能反映出桥臂电阻的微小变化，因此通过测量输出电压即可以检测外界条件的变化．这种在非平衡条件下工作的电桥称为非平衡电桥，电桥的二线制接线电路
这样的测量方法为非电量电测法． 2．测量电路介绍 如采用电阻式传感器作为被测对象，传感元件的引出线有以下几种方式：二线制、三线制和四线制．采用二线制接法（图1），虽然导线电阻会给测量带来影响，但在测量精度要求不高、测量仪器与被测传感元件距离较近时，常采用二线制．但如果金属电阻本身的阻值很小，那末引线的电阻及其变化也就不能忽视，例如对于Pt100铂电阻，若导线电阻为1 Ω，将会产生2.5 ℃的测量误差．为了消除或减少引线电阻的影响，通常的办法是采用三线联接法加以处理，如图2所示．工业热电阻目前大多采用的都是三线制接法． 在三线制接线电路中，传感元件的一端与一根导线相接，另一端同时接两根导线．传感元件在与电桥配合时，与传感元件相接的三根导线粗细要相同，长度要相等，阻值要一 致（图中r 1，r 2，r 3即为引线电阻） ．其中一根引线与测量仪表连接，由于测量仪表的内阻很大，可认为流过r 2的电流接近于零．另两根引线分别与电桥的两个相邻臂相连，这样引线电阻对测量就不会造成影响． 为了高精度的测量，可将电阻测量仪设计成图3所示的四线制测量电路．图中I 为恒流源，r 1 、r 2、r 3 、r 4是引线电阻，R x 为电阻型传感器，V 为电压表．因为电压表内阻很大，则 ，且 M V I I <<0≈V I 因为U M = U x + I V （r 2 + r 3），所以 M M V M V M x x x I U I I r r I U I U R ≈?+?==)(32 （3） 由此可见，引线电阻将不引入测量误差． 【实验仪器】 实验接线板，控温仪，稳压源，恒流源，数字万用表，Zx21型旋转式电阻箱，传感元件（铂电阻，铜电阻，热敏电阻和光敏电阻），保温瓶，100 Ω/5 W 可变电阻器和精密电阻等． 1．控温仪：0 ～ 200±1 ℃，测量精度0.1 ℃． 2．恒流源：当负载电阻在一定范围内变化时，输出电流保持不变，电流稳定度为1%． 3．稳压源：电压变化范围为0～15 V ． 4．铂电阻：本实验选用Pt100，它被广泛用来测量－200 ～ 850 ℃范围的温度．它具有准确度高、灵敏度高、稳定性好等优点．在0～100 ℃范围内近似有R t = R 0 (1 + A t )，其中A 为正温度系数，约为3.85×10-3 ℃-1，R 0为0 ℃时铂电阻的阻值，允许通过的最大电流 I m ＜ 2.5 mA ． 5．铜电阻：－50 ～ 150 ℃的范围内有R t = R 0（1 + A t + B t 2 + C t 3），R 0为0 ℃时铜电阻的阻值，A = 4.28899×10-3 ℃-1，B = －2.133×10-7 ℃-2，C = 1.233×10-9 ℃-3．在0～100 ℃范围内近似有R t = R 0 (1 + A t )，允许通过的最大电流I m ＜4 mA ． - 42 -
实验名称 用非平衡电桥测电阻 一、前言 直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测量电阻值，如单臂直流电桥(惠斯登电桥)、双臂直流电桥(开尔文电桥)。它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其他物理量，如温度、压力、形变等。 二、教学目标 1、理解非平衡直流电桥的基本原理。 2、掌握非平衡直流电桥的操作方法。 3、用电压输出法测量50Cu 型铜电阻和它的温度系数。 4、用电压输出法测量热敏电阻的温度系数。 三、教学重点 1、非平衡直流电桥的测量原理。 四、教学难点 1、预调电桥平衡。 五、实验原理 非平衡电桥原理如图1所示：B 、D 之间为一负载电阻g R ，只要测量电桥输出电压g U 或输出电流g I ，就可得到x R 值，本实验采用输出电压的测量方式。 1、电桥分类 (1) 等臂电桥：1234R R R R R ==== 图1 非平衡电桥原理示意图
(2) 输出对称电桥，也称卧式电桥：14R R R ==，23R R R '==，且R R '≠。 (3) 电源对称电桥，也称立式电桥：12R R R '==，34R R R ==，且R R '≠。 2、输出电压 当负载电阻g R →∞，即电桥输出处于开路状态时，0g I =，仅有电压输出并用0U 表示，根据分压原理，ABC 半桥的电压降为s U ，通过1R 、4R 两臂的电流同为： 1414 s U I I R R == + (1) 则4R 上的电压降为： 4 14 BC s R U U R R = + (2) 同理3R 上的电压降为 3 23 DC s R U U R R = + (3) 输出电压0U 为BC U 与DC U 之差 324134 014231423()() BC DC s s s R R R R R R U U U U U U R R R R R R R R -=-= -=++++ (4) 当满足条件1324R R R R =时，电桥输出00U =，即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平衡。若1R 、2R 、3R 固定， 4R 为待测电阻4x R R =，则当44R R R →+?时，因电桥不平衡而产生的电压输出为： 24213 0142323()()() s R R R R R R U U R R R R R R R +?-= ?+++?+ (5) 当电阻增量R ?较小时，即满足R R ? 时，上式的分母中含R ?项可略去，公式可得以简化，各种电桥的输出电压公式为： (1) 等臂电桥1234R R R R R ==== 04s U R U R ?= ? (6) (2) 卧式电桥14R R R ==，23R R R '==，且R R '≠则
平衡电桥原理 图1 平衡电桥电路原理图 电阻变量的测量电桥，结构简单，具有灵敏度高，测量范围宽，线形度好，精度高和容易实现温度补偿等优点，因此能很好地满足应变测量的要求，是目前最多最广泛的一种测量电路。 上图所示为一直流供电的平衡电桥。A,B,C,D 为电桥顶点，它的四个桥臂由R1、R2、R3、R4的四个电阻组成（其中任一个电阻可以是应变片，即热敏电阻），AC 两端为输入口接直流电源，BD 两端为电桥输出。 当电桥输出端BD 接到一个无穷大负载电阻（实际上只要大到一定数值即可）上时，可以认为输出端开路，这时直流电桥称为电压桥。 从ABC 半个桥看，流经R1的电流 R1两端压降： R3两端压降： AC 112 U I R R = +1 AB 11AC 12 R U I R U R R ==+3 AD AC 34 R U U R R =+
电桥输出电压： 由上式可知，当R1R4=R2R3时，则电桥U0=0,则称电桥处于平衡状态。设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为ΔR 1、ΔR 2、ΔR 3、ΔR 4则电桥的输出电压为： （精确公式） 若将平衡条件R1R4=R2R3代入上式，并考虑ΔR 1 < R1略去高阶微量，则电桥的输出电压为： (近似公式） 在这个平衡电桥中由热敏电阻作为我们温度设计信号的来源，当它受到不同温度时会经过整个平衡电桥来使输出电压发生变化。实现温度的检测与电压转换。 1423 0AB AD AC 1234R R R R U =U U U (R R )(R R ) --= ++114422330AC 11223344 (R R )(R R )(R R )(R R ) U U (R R R R )(R R R R )+?+?-+?+?=+?++?+?++?312124 0AC 2 121234 R R R R R R U U ()(R R )R R R R ????=--++
2.4电桥平衡法测电阻 【实验目的】 1.掌握单臂电桥(惠更斯电桥)测电阻的基本原理和方法，了解桥式电路的特点； 2.通过实验的方法了解电桥灵敏度与元件各参量的关系 3.学习实验的记录和结果的误差分析。 【预习题】 1.单臂电桥的平衡条件是什么？ 2.测量电阻的原理是什么? 【实验仪器】 DHQJ-3型非平衡电桥；待测电阻；导线 DHQJ-3型非平衡电桥是专门为教学实验设计的，面板图和内部结构如图所示。它将平衡电桥和非平衡电桥合为一体，可以组成属于平衡电桥的惠更斯电桥、开尔文电桥，也可以组成多种形式的非平衡电桥，是一种综合性的电桥实验仪器。 图2-4-1 DHQJ-3型非平衡电桥面板图
图2-4-2 DNQJ-3型非平衡电桥面板示意图 1．工作电源负端； 2．R 1电阻端； 3．R 2电阻端； 4、5．双桥电流端； 6．' 3R 电阻端； 7．单桥被测端； 8．R 3电阻端； 9．工作电源正端； 10．数显直流毫伏表； 11、12、13、14为R 1电阻调节盘，分别为：×1000、×100、×10、×1电阻盘； 15、16、17、18为R 2电阻调节盘，分别为：×1000、×100、×10、×1电阻盘； 19、20、21、22为R 3和'3R 电阻调节盘，分别为：×1000、×100、×10、×1电阻盘； 23．电源指示灯； 24．电源选择开关，分别可选：双桥、3V 、6V 、9V 四种工作电源； 25．电桥输出转换开关，扳向下为内接，扳向上为外接；26、27．电桥输出“外接”端； 28．屏蔽端，接仪器外壳；29、30．电桥的B 、G 按钮，即工作电源和电桥输出通断按钮。 【实验原理】 1.单臂电桥是平衡电桥，其原理如图2-4-3所示,从图中可知：R 1、R 2、R 3、R 4构成一电桥，A 、C 两端供一恒定桥压U s ，B 、D 之间为有一电压表，当平衡时，BD 无电流流过，BD 两点为等电位，则：U BC =U DC 下式成立： I 1R 1=I 2R 2 (2-4-1) I 1R 3=I 2R 4 (2-4-2) 由于R 4=R x ，于是有 4321R R R R = ( 2-4-3) R 4为待测电阻R x ，R 3为标准比较电阻，式中K=R 2/R 1，称为比率，一般单臂电桥的K 有0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000等。本电桥的比率K 可以任选。根据待测电阻大小，选择K 后，只要调节R 3，使电桥平衡，检流计为0，就可以根据(1)式得到待测电阻R x 之值。 3312KR R R R R x =?= (2-4-4)
实验二 用非平衡电桥测铂电阻的温度系数 直流电桥是很重要的电磁学基本测量仪器之一，如利用电桥平衡的原理精确测电阻。而随着测量技术的发展，电桥的应用面不再局限于平衡电桥的范围，非平衡电桥在非电量的测量中已得到广泛应用。将各种电阻型传感器接入电桥回路，桥路的非平衡电压就能反映出桥臂电阻的微小变化，因此，通过测量非平衡电压就可以检测出外界物理量的变化，例如温度、压力、湿度等。 本实验要求用非平衡电桥和铂电阻温度传感器组成测温电路，测定铂电阻的温度系数。 [实验目的] 1. 了解铂电阻温度传感器的温度特性； 2. 掌握非平衡电桥的原理和测量方法； 3. 理解非平衡电桥将非电量（实验中是温度）转换为电量进行测量的原理。 [实验仪器] 铂电阻传感器，直流稳压电源，直流电桥，检流计，数字万用电表，数字温度计，电热杯，保温杯，导线，开关。 [实验原理] 传感器在现实生活中的应用越来越广泛，常用的有力敏传感器、气敏传感器、温度传感器等。铂电阻是一种常用的热电式传感器，它利用铂电阻随温度变化而变化的特性，将温度大小转换为电阻大小，从而达到测量温度的目的。 1. 铂电阻温度传感器的温度特性 铂电阻温度系数大而稳定，电阻率高，且物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，常用作工业测温元件和测温标准。工业用铂电阻（Pt10、Pt100）广泛用来测量-200~850℃范围的温度。在0~100℃范围内，电阻和温度之间关系近似呈如下线性关系： )1(0AT R R T += （1） 式中A 为温度系数，约为3.85×10-3℃-1 。 2. 用非平衡电桥测量铂电阻的温度系数 平衡电桥可以准确测量电阻。如果将平衡电桥电路中的待测电阻换成一个电阻型传感器。先调节电桥平衡，当外界条件改变时，传感器阻值会发生相应变化，使电桥失去平衡，桥路两端的电压随之而变。由于桥路的非平衡电压能反映出桥臂电阻的微小变化，因此可以通过测量非平衡电压检测外界物理量的变化。 使用非平衡电桥测量铂电阻温度系数的电路如图1所示。1R 、2R 为固定电阻，组成比例电阻；P R 为可调电阻，用作平衡电阻；T R 为铂电阻；out U 为非平衡电桥的输出电压。
利用电桥法测量电容 The latest revision on November 22, 2020
利用电桥法测量电容 与在水箱里储水的方式完全一样,电荷也可以被储存在一个被称为电容的装置里。在实际应用中,会出于不同的原因而利用电容器产生短而强的电流脉冲。尽管实际中应用的电容器有各种存在形式,但有一点是相同的,即它们都是由2块导电板或被绝缘体隔开的2块板子构成的。如果这2块板子之间有电势差,那么它们会带上等量异号的电荷,携带的电荷量与电压成正比。这是电容器的典型特征,这个恒定不变的比值即是电容器的电容。本实验的目的是探究电桥法测量电容并验证串、并联电容器的电容计算公式。 1 实验原理 电容器主要是由2块金属板构成的,它们用被称为电介质的一种绝缘材料隔开。这样的结构安排之所以能够储存电荷,是因为如果将电压源与2块板子相连,那么正电荷就会从一块板子流向另一块,同时使那块板子带上负电荷,此过程直到电介质内的磁场足够强以致阻止电流的进一步流动时为止。这时,一定量的电荷(一端为正,另一端为负)被分别储存在2块板子上,电势差等于它们之间的电源电压。电荷与电势差的比值是一个常数,称为电容器的电容,因此,C=Q/V。公式中,C表示电容,单位是法拉;Q表示电荷,单位是库伦;V表示电势差,单位是伏特。值得注意的是:电容的单位实际上是库伦的平方/牛顿米,但它还是被称
为法拉,一方面是为了纪念迈克尔法拉第,另一方面是为了简洁方便。因为法拉这个单位太大,在现实中应用得很少,所以常常会用到微法拉(1法拉的百万分之一),也会经常用到皮法拉(亦称微微法拉,10-12F)。 当把电容器连接到交流电路中时,交替地充电和放电使电容器看起来像是通上交流电。交流电压和通过的电流之间的线性关系很像欧姆定律中电阻的特性。电压和电流之间的比值Xc被称作电容器的容抗。所以,可以用类似测电阻的方法来测容抗。然而,容抗是与电容有关的,即:Xc=1/(2×π×f×C)。公式中,Xc表示电容的容抗值,单位是欧姆;C是电容值,单位是前面提到的法拉;f是交流电的频率,单位是转/秒(或赫兹)。所以容抗不同于阻抗,它取决于频率,当频率接近于0时,容抗趋向无穷大。这表明一个事实,即在直流电路中(f=0),电容器实际上是开路的。但是对于特定频率的交流电,电容器在许多方面就像电阻器。因此可以采用类似于惠斯登电桥电路(见图1a)的方法进行电容的测量。所不同的只是用电容器替代桥臂一侧的电阻器,用交流电源(本实验采用信号发生器)替代电池,用一个合适的交流电检测器(该实验使用耳机)替代检流计(图1b)。与惠斯登桥式电路比较,若用C1和C2替代R1和R2,那么用容抗 Xc1=1/(2×π×f×C1),Xc2=1/(2×π×f×C2)分别替代惠斯登桥式电路中对应的电阻,其等式变为 (2×π×f×C2)/(2×π×f×C1)=C2/C1=R3/R4。
非平衡直流电桥的原理和应用 直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电桥（开尔文电桥）。它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。 【实验目的】 FQJ型教学用非平衡直流电桥，该仪器集单臂、非平衡电桥于一体，通过本实验能掌握以本实验采用下内容： 1．直流单臂电桥（惠斯登电桥）测量电阻的基本原理和操作方法； 2．非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法； 3．根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法及非平衡电桥功率输出法测电阻； 4．单臂电桥采用“三端”法测量电阻的意义。 【实验仪器】 FQJ型教学用非平衡直流电桥；1. FQJ非平衡电桥加热实验装置。2. 【实验原理】 FQJ型教学用非平衡直流电桥包括单臂直流电桥，非平衡直流电桥，上节我们已经对单臂电桥有所了解，下面对非平衡电桥的工作原理进行介绍。 图1 非平衡电桥原理图 1．非平衡电桥桥路输出电压 R??，所示，当负载电阻非平衡电桥原理如图1g 0?I并即电桥输出处于开路状态时，,，仅有电压输出g U ABC为压压，用表示根据分原降半桥的理，电0UR R,电流为：，通过两臂的S41U S?II?41R?R）1（41R则上之电压降为：4． R4??UU（2）SBC R?R41R上的电压降为：同理3R3??UU（3）SDC R?R 32UUU之差为输出电压与DCBC0RR34U?UU?U?U?SS0BCDC R?RR?R3412 ????S RR?R?R3142RR?RRU?0，即电桥处（4）)?RR(RR3421U ? 于平衡状态。当满足条件时，电桥输出43210（5）式就称为电桥的平衡条件。为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平R, RRR, RR?。若关电阻变化有臂这样可使输出只固定，与为待测电阻某一，则当衡。1423x4R?R??R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为：
物理实验报告 一、实验项目：单、双臂电桥测电阻 二、实验目的： （1）掌握用惠斯登电桥及开尔文电桥精测电阻的原理和使用方法 （2）掌握线路连接和排除简单故障的技能 （3）理解电桥灵敏度的概念并学会测量 三、实验仪器： 电阻箱（ZX21型，级3只），滑线变阻器，待测电阻（1Ω以下、几十Ω、几kΩ电阻各一只），检流计（AC5/1型），直流稳压电源，单刀开关，双刀换向开关，箱式电桥（QJ45型，级），箱式双臂电桥，导线若干。 三、实验原理 1．惠斯登电桥测电阻 （1）惠斯登电桥的电路如图1所示，被测电阻R x 和标准电阻R 0及电阻R 1、R 2构成电桥的四个臂。在CD 端加上直流电压，AB 间串接检流计G ，用来检测其间有无电流（A 、B 两点有无电位差）。“桥”指AB 这段线路，它的作用是将A 、B 两点电位直接进行比较。当 A 、 B 两点电位相等时，检流计中无电流通过，称电桥达到了平衡。这时，电桥四个臂上电阻的关系为： 02 1210R R R R R R R R x x ?==，或 （1） 上式称为电桥平衡条件。若R 0的阻值和R 1、R 2的阻值（或R 1/ R 2的比值）已知，即可由上式求出R x 。 调节电桥平衡方法有两种：一种是保持R 0不变，调节R 1/ R 2的比值；另一种是保持R 1/ R 2不变，调 节电阻R 0，本实验用后一种方法。 （2）．关于电桥灵敏度的概念 因检流计的灵敏度是有限的，在电桥调到认为“平衡”时，检流计中不一定绝对没有电流通过，从 而给测量带来误差。为此我们引入电桥灵敏度S 的概念 C A 图1 惠斯登电桥原理图
x R n S ??= （2） 定义相对灵敏度S 相为： x x R R n S ??= 相 （3） 在计算由灵敏度带来的不确定度时，通常假定检流计的分度为难以分辨的界限，即取Δn =，则由灵敏度带来的不确定度： S u x 2 .0= ， 相S R u x x 2.0= （4） 为得到较大的灵敏度，在自组电桥中R 1≈R 2，即R 1/ R 2≈1。 2．开尔文电桥的测量原理 当被测电阻较小（1Ω以下）时，测量电路中用连接导线电阻和各接线端钮的接触电阻的影响不能忽略。开尔文电桥的设计克服了附加电阻对结果的影响，能够测量1Ω~10-5Ω的低值电阻。其原理见图2。 r 1、r 2、r 3、r 4、r 即代表各段线路的附加电阻(10-3～10-5Ω)， 因R 3、R 4的引入，形成双桥，故称双臂电桥或称开尔文电桥，调整R 1、R 2、R 3、R 4，使检流计中无电流通过，称电桥平衡，这时A 、B 两点电位相等。当满足 4 3 21R R R R = （5） 时，有 N xl R R R R 2 1 = （6） 四、实验内容 1、用自组惠斯登电桥测两未知电阻值及相应的电桥灵敏度 图 2 开尔文电桥原理图
非平衡电桥的应用 实验目的： 1.学习非平衡电桥的工作原理； 2.学习和掌握非平衡电桥的应用； 3.学习一些传感器的工作原理和不同的测量电路． 实验原理： 1．非平衡电桥的工作原理 如图1所示，在惠斯顿电桥中：错误！未找到引用源。为稳压电源，错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。为固定电阻，错误！未找到引用源。为可变电阻，错误！未找到引用源。为电阻型传感器，错误！未找到引用源。为电桥输出电压．当错误！未找到引用源。时，电桥处于平衡状态，此时有 错误！未找到引用源。(1) 当错误！未找到引用源。时，电桥处于不平衡状态，则有 在一定条件下，调整电桥达到平衡状态．由(1)式可见，此时电桥的平衡状态与电源无关；当外界条件改变时，传感器的阻值错误！未找到引用源。会有相应的变化，这时电桥平衡被破坏，桥路两端的电压错误！未找到引用源。也随之而变，由 于桥路的输出电压错误！未找到引用源。能反映出桥臂电阻的微小变化，因此通过测量输出电压即可以检测外界条件的变化．这种在非平衡条件下工作的电桥称为非平衡电桥，这样的测量方法为非电量电测法． 2．测量电路介绍 如采用电阻式传感器作为被测对象，传感元件的引出线有以下几种方式：二线制、三线制和四线制．采用二线制接法（图1），虽然导线电阻会给测量带来影响，但在测量精度要求不高、测量仪器与被测传感元件距离较近时，常采用二线制．但如果金属电阻本身的阻值很小，
那末引线的电阻及其变化也就不能忽视，例如对于Pt100铂电阻，若导线电阻为1 Ω，将会产生2.5 ℃的测量误差．为了消除或减少引线电阻的影响，通常的办法是采用三线联接法加以处理，如图2所示．工业热电阻目前大多采用的都是三线制接法． 在三线制接线电路中，传感元件的一端与一根导线相接，另一端同时接两根导线．传感元件在与电桥配合时，与传感元件相接的三根导线粗细要相同，长度要相等，阻值要一致（图中r1，r2，r3即为引线电阻）．其中一根引线与测量仪表连接，由于测量仪表的内阻很大，可认为流过r2的电流接近于零．另两根引线分别与电桥的两个相邻臂相连，这样引线电阻对测量就不会造成影响． 数据处理 原始数据： 1．
用非平衡电桥研究铜电阻 【设计概述】 直流电桥是一种精密的非电量测量仪器，它的基本原理是通过桥式电路来测量电阻。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥两类，平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥（惠斯通电桥）和双臂直流电桥（开尔文电桥），它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量；非平衡电桥的基本原理也是通过桥式电路来测量电阻的，但测的是电桥输出的不平衡电压，经过运算处理才能得到电阻值，从而可得到引起电阻变化的其它变化物理量，如温度、压力、形变等，因而可以测量连续变化的物理量，具有重要的应用价值。 【设计原理】 非平衡电桥原理如图所示。B 、D 之间为一负载电阻R g ，只要测量出电桥的输 出V g 、I g ，不但可得到R X 值，还可求得输出 功率。 1．电桥分类 （1）等臂电桥：R 1 = R 2 = R 3 = R 4。 （2）输出对称电桥，也称为卧式电桥： R 1=R 4 = R ，R 2 = R 3 = R ／，且R 1 ≠ R 2／ 。 （3）电源对称电桥，也称为立式电桥： R 1 = R 2 = R ／，R 3 = R 4 = R ，且R 1 ≠R 3 ／ 。 2．输出电压 当负载电阻R g →∞，即电桥输出处于开路状态（后面接数字电压表或高输入阻抗放大器即属此种情况）时，I g = 0，仅有电压输出，用V 0表示。根据分压原理，ABC 半桥的电压降为E ，通过R 1、R 4两臂的电流为： 4 141R R E I I += = 则R 4上之电压降为 E R R R V BC 4 14 += 同理R 3 上的电压降为 E R R R V DC 3 23 += 输出电压V 0为V BC 与V DC 之差 E R R R R R R R R E R R R E R R R V V V DC BC ))((32413142323414 0++-=+-+= -= 当满足条件 R 1R 3 = R 2R 4， 3 4 21R R R R = 时，电桥输出V 0 = 0，即电桥处于平衡状态，式（21-6）就称为电桥的平衡条件。为了测量的准确性，在测量的起始点．．．．．．．，电桥必须调至平衡．．．．．．．．，称为预调平衡．．．．。这样可使输出只与某一臂．．．．．．．．的电阻变化有关．．．．．．． 。 若R 1、R 2、R 3固定，R 4为待测电阻，R 4 = R X ，则当R 4→R 4+△R 时，因电桥不平衡而产生的电压输出为： 非平衡电桥的电路图
实验十 电桥法测电阻 电桥是一种精密的电学测量仪器，可用来测量电阻、电容、电感等电学量，并能通过这些量的测量测出某些非电学量，如温度、真空度和压力等，被广泛应用在工业生产的自动控制方面。 【实验目的】 ⒈ 掌握用惠斯登电桥测电阻的原理和特点。 ⒉ 学会QJ19型两用直流电桥的使用。 ⒊ 了解双臂电桥测低电阻的原理和特点。 【实验原理】 直流电桥主要分单臂电桥和双臂电桥。单臂电桥又称惠斯登电桥，一般用来测量102 ～ 106Ω的电阻。双臂电桥又称开尔文电桥，可用来测量10-5～10-2 Ω范围的电阻。实验所用的 QJ19型电桥是单、双臂两用直流电桥。 ⒈ 惠斯登单臂电桥的工作原理 惠斯登电桥的原理电路如图3-10-1所示，四个电阻1R 、2R 、3R 、和x R 称为电桥的四个臂，组成一个四边形ABCD ，对角D 和B 之间接检流计G 构成“桥”，用以比较“桥”两端的电位，当D 和B 两点的电位相等时，检流计G 指零，电桥达到了平衡状态。此时有 2211R I R I =，33R I R I x x = 由于x I I =1，23I I =因此可得 32 1 R R R R X = （3-10-1） （3-10-1）式为惠斯登电桥的平衡条件，根据1R 、2R 和3R 的大小，可以计算出待测电阻x R 的阻值，一般称1R 、2R 为比率臂，3R 为比较臂。 图 3-10-1 惠斯登电桥的原理电路图
⒉ 开尔文双臂电桥的工作原理 在惠斯登电桥电路中，存在着接触电阻和接线电阻，这对低电阻的测量将带来很大的误差。特别是当待测电阻的阻值与接触电阻同数量级时，测量便无法进行。在此情形下，为了获得准确的测量结果，必须采用开尔文双臂电桥进行测量。开尔文双臂电桥的电路结构如图3-10-2所示，x R 为待测电阻，S R 为低值标准电阻，1R 、2R 、内R 和外R 均为阻值较大的电阻，Y 表示联接x R 和 S R 的接线电阻（其中包括这一接线与x R 和S R 的接触电阻）它与x R ，S R 同数量级，是引 起测量误差的重要因素，必须设法消除它的影响。对图中以7、2、4为顶点的△形电路变换成Y 型电路后，就可把双臂电桥变成一个惠斯登电桥，根据惠斯登电桥的平衡条件，不难得到开尔文电桥的平衡方程。 )(2 1221R R R R r R R r R R R R R S X 内外内外-++?+= (3-10-2) 不难看出，如果在电桥结构上能够做到内R =外R 和1R =2R (3-10-2)式右边的第二项为零，此时平衡方程就变成如下形式： S R R R R 1 2外= （3-10-3） 实际上不可能完全做到内R =外R ，1R =2R ，但只要把r 值做得很小，(3-10-2)式右边的第二项便为二阶无限小量，此时就可以认为(3-10-3)式成立。 ⒊ 电桥的灵敏度 (3-10-1)式和(3-10-3)式是在电桥平衡条件下推导出来的，在实验中测试者是依据检流计G 的指针有无偏转来判断电桥是否平衡的。然而，检流计的灵敏度是有限的。例如，选用电流灵敏度为1格/1微安的检流计做为指零仪，当通过检流计的电流小于10-7 安培时，指针 图3-10-2双臂电桥的电路结构图
非平衡直流电桥的原理和应用 【背景知识】 直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电桥（开尔文电桥）；非平衡电桥则是通过测量电桥输出（电压、电流、功率等）并进行运算处理，得到待测电阻值。 直流电桥还可用于测量引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等，在检测技术、传感器技术中的应用非常广泛。平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量。 【实验目的】 本实验采用FQJ 型教学用非平衡直流电桥，该仪器集单臂、非平衡电桥于一体，通过本实验能掌握以下内容： (1) 直流单臂电桥（惠斯通电桥）测量电阻的基本原理和操作方法； (2) 非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法； (3) 根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法。 【实验原理】 1.平衡电桥 单臂直流电桥是平衡电桥，又称惠斯通电桥，其电路见图4.4.1。其中1R 、2R 、3R 、4R 构成一电桥，A 、 C 两端加一恒定桥压S U ，B 、 D 之间有一检流计PA ， 当电桥平衡时，B 、D 两点为等电位，PA 中无电流流过，此时有AB AD U U =，41I I =，32I I =，于是有 3 4 21R R R R = （4.4.1） 图4.4.1 惠斯通电桥
如果R 4为待测电阻R X ，R 3为标准比较电阻，则有 1 332 X R R R K R R = ?=? （4.4.2） 其中21/R R K =，称其为比率（一般惠斯登电桥的K 有001.0、01.0、1.0、1、10、100、 1000等。本电桥的比率K 可以任选）。根据待测电阻大小，选择K 后，只要调节3R ，使电 桥平衡，检流计为0，就可以根据（4.4.2）式得到待测电阻X R 之值。 2.非平衡电桥 非平衡电桥原理如图4.4.2所示：B 、D 之间为一负载电阻g R ，只要测量电桥输出g U 、g I ，就可得到x R 值。根据电桥各臂电阻关系可将非平衡电桥分为三类： （1）等臂电桥：4321R R R R ===； （2）输出对称电桥（卧式电桥）：R R R ==41， R R R '==32，且R R '≠； （3）电源对称电桥（立式电桥）：R R R '==21，R R R ==43，且R R '≠。 当负载电阻∞→g R ，即电桥输出处于开路状态时，0=g I ，仅有电压输出，在此用 0U 表示，根据分压原理，ABC 半桥的电压降为S U ，通过1R 、4R 两臂及2R 、3R 两臂的 电流为： 14231423,S S U U I I I I R R R R == ==++， （4.4.3） 则输出电压0U 为 ()()324134 014231423()BC DC S S S R R R R R R U U U U U U R R R R R R R R ?-?=-= ?-?=?+++?+ （4.4.4） 当满足条件 1324R R R R ?=? （4.4.5） 时，电桥输出00=U ，即电桥处于平衡状态。（4.4.5）式称为电桥的平衡条件。为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平衡。这样可使输出只与某一臂 电阻变化有关。 图4.4.2 非平衡电桥
实验名称 惠斯登电桥测电阻 （所属实验室：大学物理实验中心217分室） 一、实验基本介绍 电桥是一种比较式仪器，是很重要的电磁学基本测量仪器之一。电桥按其结构特点可分为交流电桥和直流电桥，也可分为单臂电桥和双臂电桥；按工作状态可分为平衡电桥和非平衡电桥。惠斯登电桥称为单臂电桥，是最常用的直流电桥，主要用于低电阻的测量。 二、实验仪器介绍 实验仪器：QJ23型直流电阻电桥，万用电表，电阻若干只。 图 1 QJ23型直流电阻电桥、指针万用表、待测电阻 【QJ23型箱式惠斯登电桥】 如图1所示。箱式直流电桥具有便于携带、准确度高和使用方便等特点。其电路原理图如图2所示。R 1、R 2为比例臂，R s 为比较臂，改变b 点的位置就可以改变R 1/R 2（即比例系数 K ）的比值。例如将倍率开关 b 置于“102”时，便有 120.9998.90281.009409.09409.0981.009 1008.9020.999 R R +++++==+ 实验中R x 的误差主要取决于R s ，而不是R 1/R 2的比值。从图2可知，比较臂R s 由四只可变的标准电阻相互串联，其总阻值可达9999Ω。所以该电桥可测量1~9999000Ω范围内的电阻，基本量程为100~99990Ω。 调零旋钮 倍率选择 灵敏度旋钮
图3为QJ23型箱式电桥面板示意图。面板中下部有四个标有“1000 ?”、“100 ?”、“10 ?”和“1 ?”的旋钮，是用来调节比较臂R s的，调节范围为0~9999Ω。使用与读取方法同电阻箱。 面板右下角的“R x”接线柱是用来联接被测电阻 的；左侧上方的“+E-”用于联接外部电源；“内、G、 外”为检流计选择端钮，当“G”和“内”用短路片联 接时，则在“G”和“外”之间需外接检流计；在“G” 和“外”短路时，则箱式电桥内附的检流计接入了电路。 面板右上角为倍率“K”选择开关。 面板左下角的“B”“G”按钮，从图2可以看出， 前者用于接通电源，后者用于接通检流计支路。在使用 时，“B”、“G”两个电健要同时使用，但需先按下“B”， 再按下“G”；断开时则先松开“G”，再松开“B”， 以保护检流计。 所以使用箱式电桥时，先将倍率K（R1/R2）确定， 然后调节R S使电桥平衡，由公式（3）便可计算出测 量结果。 三、实验内容预习 3.1 实验目的 1. 理解直流电桥的构成和工作原理； 2. 掌握万用电表的使用和电桥的调节方法； 3. 用直流电桥测定电阻的阻值。 3.2 实验原理 3.2.1 惠斯登电桥测量电阻的原理 惠斯登电桥的原理如图4所示。图中R1、R2、R s是已知其阻值的标准电阻，它们与待测电阻R x构成一个四边形，每一边都称为电桥的臂。R1、R2称为比例臂，R s称为比较臂，R x称为待测臂。在A、B两端接直流电源E；在C、D 两点间接检流计G，结构像桥一样，故称为电桥。当C、D 图3 图2