開爾文雙電橋測低電阻

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1、WORD文檔下載可編輯開爾文雙電橋測低電阻一、前言電阻是電路的基本元件之一，電阻值的測量是基本的電學(xué)測量。電阻的分類方法很多，通常按種類劃分稱碳膜電阻、金屬電阻、線繞電阻等：按特性劃分稱固定電阻、可變電阻、特種電阻（光敏電阻，壓敏電阻，熱敏電阻）等；按伏安特性曲線(電壓～電流曲線)的曲直分為線性電阻和非線性電阻（典型非線性電阻有白熾燈泡中的鎢絲、熱敏電阻、光敏電阻、半導(dǎo)體二極管和三極管等）；按阻值大小分為低電阻、中電阻和高電阻。常用電阻屬于中電阻，其測量方法很多，多數(shù)也為大家所熟知。而隨著科學(xué)技術(shù)

2、的發(fā)展，常常需要測量高電阻與超高阻（如一些高阻半導(dǎo)體、新型絕緣材料等），也還需要測量低電阻與超低阻（如金屬材料的電阻、接觸電阻、低溫超導(dǎo)等），對這些特殊電阻的測量，需要選擇合適的電路，消除電路中導(dǎo)線電阻、漏電電阻、溫度等的影響，才能把誤差降到最小，保證測量精度。電橋法是一種用比較法進(jìn)行測量的方法，它是在平衡條件下將待測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較以確定其待測電阻的大小。電橋法具有靈敏度高、測量準(zhǔn)確加上方法巧妙，使用方便、對電源穩(wěn)定性要求不高等特點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于電工技術(shù)和非電量電測中。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.

3、掌握平衡電橋的原理——零示法與電壓比較法；2.了解雙電橋測低電阻的原理及對單電橋的改進(jìn)；3.學(xué)習(xí)使用QJ19型單雙電橋、電子檢流計(jì)；4.學(xué)習(xí)電橋測電阻不確定度的計(jì)算，鞏固數(shù)據(jù)處理的一元線性回歸法。三、實(shí)驗(yàn)原理（1）惠斯通電橋：圖1惠斯通電橋是惠斯通于1843年提出的電橋電路。它由四個電阻和檢流計(jì)組成，RN為精密電阻，RX為待測電阻（電路圖如圖1）。接通電路后，調(diào)節(jié)R1、R2和RN，使檢流計(jì)中電流為零，電橋達(dá)到平衡，此時有技術(shù)資料專業(yè)分享WORD文檔下載可編輯RX=RIRN/R2。通過交換測量法(交

4、換RN與RX的位置，不改變RI、R2)得RX=.（2）惠斯通電橋測低電阻的特殊矛盾：圖2惠斯通電橋（單電橋）測量的電阻，其數(shù)值一般在10Ω～Ω之間，為中電阻。若用單電橋測低電阻，附加電阻R'與R″（引線電阻和端鈕接觸電阻等）和RX是直接串聯(lián)的（如圖2），而R'和R″的大小與被測電阻RX的大小相當(dāng)、不能被忽略，電阻RN也是小電阻，因此用單電橋測電阻的公式RX=RIRN/R2就不能準(zhǔn)確地得出RX的值。（3）開爾文雙電橋的解決辦法：圖3開爾文電橋是惠斯通電橋的變形，在測量小阻值電阻時能給出相當(dāng)高的準(zhǔn)確度

5、。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中R1、R2、R3、R4均為可調(diào)電阻，RX為被測低電阻，RN為低值標(biāo)準(zhǔn)電阻。與惠斯通單電橋?qū)Ρ龋_爾文電橋做了兩點(diǎn)重要改進(jìn)：①增加了一個由R2、R4組成的橋臂。②RN和RX由兩端接法改為四端接法。簡化為其中P1P2構(gòu)成被測低電阻RX，P3P4是標(biāo)準(zhǔn)低電阻RN，P1P2、P3P4常被稱為為電壓接點(diǎn)，C1C2、C3C4稱為電流接點(diǎn)。圖4設(shè)計(jì)思想：將RN和RX的接線電阻和接觸電阻巧妙地轉(zhuǎn)移到電源內(nèi)阻和阻值很大的橋臂電阻中（如圖4），又通過R1R4=R2R3和R′≈0的設(shè)定，消除了附

6、加電阻的影響，從而保證了測量低電阻時的準(zhǔn)確度。具體地，為保證雙電橋的平衡條件，可以有兩種設(shè)計(jì)方式：①保證R3/R1=R4/R2：a.選定兩組橋臂之比為M=R3/R1=R2/R4，將RN做成可變的標(biāo)準(zhǔn)電阻，調(diào)節(jié)RN使電橋平衡;b.選定RN為某固定阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻并選定R1=R2為某一值，聯(lián)調(diào)R3與R4使電橋平衡。技術(shù)資料專業(yè)分享WORD文檔下載可編輯本實(shí)驗(yàn)所用QJ19型單雙電橋采用的是第二種方式。①保證R′≈0：用短粗導(dǎo)線連接Rx與RN。（4）RX的計(jì)算：調(diào)節(jié)R1、R2、R3、R4使電橋平衡。此時，I

7、g=0，I1=I3，I2=I4，I5=I6，VB=VD，且有三式聯(lián)立求解得（5）一元線性回歸法：已知電阻的計(jì)算公式為R=ρl/S。令x≡l,y≡R,并設(shè)一元線性回歸方程y=a+bx,其中b=ρ/S。由一元線性回歸法的計(jì)算公式b=,a=-b可求出b，進(jìn)而求得電阻率ρ=b*S。（6）測中值電阻實(shí)驗(yàn)中電阻不確定度的計(jì)算計(jì)算公式為RX=R1R/R2。測量只進(jìn)行一次，如果忽略R1、R2在測量過程中數(shù)值變動引起的誤差，不確定度只有B類分量，由該電橋儀器誤差引起的不確定度與電橋靈敏度引起的不確定度合成得到，即u

8、(Rx)=。a.電橋的儀器誤差為Δ儀(RX)=α%(+Rx),其中R0是電橋有效量程的基準(zhǔn)值（規(guī)定為比較臂RN的最大值與比率C=R1/R2乘積中最大的10的整數(shù)冪），α為電橋的準(zhǔn)確度；b.在電橋平衡后，將RX稍改變ΔRX，電橋?qū)⑹Ш?，檢流計(jì)指針將有Δn格的偏轉(zhuǎn)，稱S=為電橋（絕對）靈敏度。如果電阻RX不可改變，這時可使標(biāo)準(zhǔn)電阻改變ΔRN，其效果相當(dāng)于RX改變ΔRX，且ΔRX=R1ΔRN/R2。電橋接近平衡時，在檢流計(jì)的零點(diǎn)位置附近，ΔRN與Δn成正比。為減少測量誤差，Δn不能取值太