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1、開爾文雙橋測電阻【儀器】 開爾文雙電橋、直流穩(wěn)定電源(該電源為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源,實驗時按穩(wěn)流源使用)、檢流計、標(biāo)準(zhǔn)電阻、待測電阻等?!驹怼俊 。保╇p電橋線路結(jié)構(gòu)及消減附加電阻影響的原理 圖17—1(a)、(b)為雙電橋線路結(jié)構(gòu)及其等效電路。雙電橋在線路結(jié)構(gòu)上與單電橋有兩點顯著不同:①待測電阻Rx和橋臂電阻RN(標(biāo)準(zhǔn)電阻)均為四端接法;②增加兩個高阻值電阻R3、R4,構(gòu)成雙電橋的“內(nèi)臂”。 圖17—1 雙電橋及其等效電路 四端電阻外側(cè)的兩個接點稱為電流端,通常接電源回路,從而將電流端的附加電阻折合到電源
2、回路的電阻中。圖17—1中,A1、C1兩接點的附加電阻折入了電源內(nèi)阻。B1、B3兩接點用短粗導(dǎo)線相連,設(shè)B1、B3間附加電阻為r。后面將證明,若R1、R2、R3、R4及RN滿足一定條件,即可消減r?qū)y量結(jié)果的影響?! ∷亩穗娮鑳?nèi)側(cè)的兩個接點稱為電壓端,通常接高電阻回路或電流為零的補償回路。圖17—1中,A2、C2端接觸電阻分別并入R1、R2;B2、B4端接觸電阻分別并入R3、R4。由于R1、R2、R3、R4本身電阻很高,所以這些附加電阻對它們的影響甚微。此外,電壓端之間的部分即為低電阻本身,無另外的連接導(dǎo)
3、線,故有效地消除了導(dǎo)線電阻的影響。 ?。玻╇p電橋的平衡條件 調(diào)節(jié)平衡,就是調(diào)節(jié)電阻R1、R2、R3、R4和RN,使B、D兩處等電位,檢流計電流Ig=0。由圖17—1(b)中所示電流方向,考慮到R1>>r1,R2>>r2,R3>>r3,R4>>r4,可列出方程聯(lián)立求解得(17—1) 雙電橋在結(jié)構(gòu)上盡量做到使上式第二項滿足,故(17—2)式(17—2)就是雙電橋的平衡條件。只要待測低電阻按四端接法接入測量,就可像單電橋那樣用式(17—2)計算Rx了?! 。常眩剩常残椭绷鲉?、雙電橋的結(jié)構(gòu)及使用圖17—2
4、QJ32型電橋電路 雙電橋形式、結(jié)構(gòu)及使用雖多種多樣,但其原理是一樣的。圖17—2和17—3分別為QJ32型單雙電橋的線路及其作為雙電橋使用時的面板接線圖。電橋等級:0.05;量程:雙橋為10-5Ω~102Ω,單橋為50Ω~106Ω;保證準(zhǔn)確度等級的測量范圍:10-3Ω~105Ω。外接標(biāo)準(zhǔn)電阻RN=0.01Ω和RN=0.001Ω,0.01級。示零器為外接AC15/2型檢流計。圖17—3 雙電橋面板接線 圖17—2中可變電阻R1、R3采用同軸調(diào)節(jié)的兩個相同的5位(×0.01、×0.1、×1、×10、×1
5、00)十進電阻箱,這樣無論轉(zhuǎn)盤位于何處,都能保證R1=R3。R2、R4是兩個可獨立調(diào)節(jié)的10進4擋(10、102、103、104Ω)電阻箱,調(diào)節(jié)R2=R4,從而保證在使用過程中始終成立?! ∈褂脮r應(yīng)首先根據(jù)Rx的粗估值設(shè)定R1、R2的初值。將式(17—2)改寫為,可知相當(dāng)于單電橋的倍率,R1相當(dāng)于測量盤的示值。與單電橋一樣,根據(jù)Rx的數(shù)量級選定的,應(yīng)保證R1的5個旋鈕都用上(即保證5位有效數(shù)字)?! 。眩剩常残碗姌蜃鳛殡p電橋使用時,其示值誤差限其中:;a為等級指數(shù);1000Ω為基準(zhǔn)值?! D17—4是QJ
6、32型電橋作為單電橋使用時的接線圖。注意,“標(biāo)準(zhǔn)”接線端要用短路片短路。調(diào)節(jié)R3(R1)使電橋平衡,則倍率R2/R4的選擇原則也是要保證R3的5個旋鈕都用上。圖17—4 單電橋面板接線 使用中應(yīng)注意兩點:①初值選定后,應(yīng)采用“躍接”法啟閉面板上的“通”鍵來觀察光標(biāo)的偏轉(zhuǎn)情況;②注意AC15/2型檢流計的正確使用。調(diào)節(jié)電橋平衡應(yīng)從檢流計最不靈敏的×0.01擋開始,逐步過渡到×1擋。【實驗要求】 ?。ǎ保┯秒p電橋測黃銅片電阻。 ?。ǎ幔┌磮D17—3接線。經(jīng)檢查后接通電。電源要按恒流源使用,電流調(diào)節(jié)為1.0A
7、?! 。ǎ猓└鶕?jù)實驗室提供的粗估值選定R1、R2(R4)值?! 。ǎ悖┮来螠y量黃銅片長為40cm、30cm、20cm、10cm時的電阻?! 。ǎ玻┯秒p電橋測康銅絲電阻。注意要根據(jù)康銅絲的粗估值重新選定R1、R2(R4)的初值?! 。ǎ常┯脝坞姌驕y康銅絲電阻?! 。ǎ幔┌磮D17—4接線,電源按恒流源使用?! 。ǎ猓└鶕?jù)康銅絲阻值范圍和測量公式選定R2/R4及R3的初值,然后接通電源測量?! 。ǎ矗?shù)據(jù)處理?! 。ǎ幔懨髦饕獌x器的名稱、型號、級別,并把原始數(shù)據(jù)整理成表格?! 。ǎ猓┯米鲌D法求黃銅片的電阻率ρ
8、?! ∮米鴺?biāo)紙畫Rx~l圖。依據(jù)電阻率公式,由圖線斜率ΔR/Δl=ρ/S求出ρ。銅片截面數(shù)據(jù)由實驗室提供?! 。ǎ悖┤。欤剑矗埃悖頃r的測量數(shù)據(jù)估算ρ的測量不確定度及單、雙電橋測康銅絲電阻的測量不確定度。