大学物理实验：双臂电桥 23页

双臂电桥¿电磁学系列6浙江大学物理实验中心\n双臂电桥又名开尔文电桥，是一种测量低值电阻（一般在10-5~1之间）的常用仪器，测量准确度较高。在测量低电阻时，连接线的电阻、接头的接触电阻（一般为10-310-4的数量级）都将给测量结果带来不允许的误差。因此就必须想办法消除或减小接线电阻和接触电阻对测量结果的影响。双臂电桥就是为了解决这些矛盾而设计出来的。\n一、实验目的\n1、熟悉双臂电桥测量低电阻的原理。2、了解单臂电桥与双臂电桥的关系和区别。3、学会QJ-44型双臂电桥测量低电阻的方法。\n二、实验原理\n见图：r1-4是接线电阻，由图可见。电压表测量的电阻两端还包含r1-2，当R与r1，r2同数量级时将带进的误差就很大，1、接线电阻与导线本身电阻对实验的影响AVRr1r2r3r4\n2、四端接入法消除误差：Vr1r2r3r4CCPPPCCCPP电压接线电流接线四端接入法如图所示，r1—4同样是接线电阻，然电路变成电压表串联r3-4与R并列，由于电表内阻远大于r3，r4，因此它们的影响可以忽略不计。下图就是四端接入法装置。R四端接入装置\n3、双臂电桥原理I1R1R2R3R4Gr1r2r3r4RxRoror5r6AFBHCDEmAiI0当C，D电位相等，即电桥平衡时，G另指示。这时：则：同理和假如满足：R1,R2,R3,R4分别大大于r1，r2，r3，r4方程简化为:\n将两式相比：如果调节标准电阻箱使电桥平衡有R3=R1,R4=R2则：\n需要满足的条件A:要求I0比i至少要大4到5个数量级以上，因此R3，R4要比r0大得多，这样可以保证大多数电流从r0流过。B:R1,R2,R3,R4的电阻值应适当取得大一些，但不能无限地扩大，这样要引起灵敏度的下降。把四端接法的低电阻（如待测低电阻和比较臂低电阻）接入原单臂电桥，这样就多了一臂，最后就演变成为上图的双臂电桥的电原理图。为了保证电桥在调节平衡过程中同步协调，通常都采用两个机械联动转换开关，同时也就一定存在两个相等的比率，这样电桥有了两个比率臂，故有双臂电桥之称。\n三、实验仪器\n实验仪器:QJ44双臂电桥面板介绍：电源输入检流计指另调节电流输入电压输入倍率灵敏度调节（逆时针到底，灵敏度最小）电流放大器电源开关测定臂细调测定臂粗调电源按钮检流计按钮开关\n操作要点：1、将检流计电源开关“B1”开启，稳定后（大约5分钟）灵敏度逆时针到底，调节调另按钮使检流计指示为另。2、用导线将被测电阻按四端接线的方式完成必要的连接。其中P—P是电压端：C-C是电流端。3、估计被测电阻的大小，选择适当的倍率，先按B按钮后按G按钮，细心调节测定臂粗调与测定臂细调，使电桥平衡，逐渐提高电桥灵敏度，然后反复调节直到最灵敏度的位置方可以读数：RX=倍率X（步进位数+测定盘读数）4、测量完成后，将‘B1’开关关闭。\n四、实验内容\n1、测定金属的电阻率和电导率试用QJ-44型双臂电桥测出黄铜棒的电阻率和电导率。双臂电桥使用见说明书，数据表格和数据处理自拟。测量过程点击播放\n2、测定金属的电阻温度系数导体的电阻随温度不同有所变化,金属的电阻随温度的变化关系为：中的R和R0分别表示tC和0C时的电阻，是常数，即待测材料的电阻的温度系数。为了避免在0C时测量R0，可从R1=R0（1+t）及R2=R0（1+t）两式中消去R0得：从上式可知：测定，必须先测定t1、R1、t2、R2。t1、t2可以温度控制器上读出。R1、R2用“QJ-44型直流双臂电桥”来测量。（1）\n测量装置被测电阻封接在一个密封的金属罐内，其中心有一盛有机油的小罐（既绝缘又使其导热均匀）把被测电阻与加热装置都浸入油中，然后密封金属外盖。实验装置见下图。CPPC测定金属的电阻温度系数装置被测电阻机油加热器外盖冷却风扇接加温与温度控制注意:储油罐注入约三分之二深度的机油，测量电阻应慢慢放入储油罐内，并防止溢油。\n加温装置的使用与操作\n（1）将被测电阻的四引出端分别按电压，电流端与双臂电桥完成连接。（2）启动加热器的电源，注意一下启动时的显示温度，接着设定温度的范围，一般大约定在90度左右。(3）每当升高5°C左右测一次电阻和温度并作记录，一直做到90度左右，视情况而定。(4)停止加温，启动风扇降温，在刚才记录数据的温度上，再记录下降温时的数据，作平均值。注：实验也可以先直接加热到设定的温度，然后慢慢降温，只测降温数据作出实验结果。测量操作\n（5）充分利用实验数据，用数据组合分别代入式（1）求出，再求其平均值。（6）作出Rt-t的曲线，根据曲线求出值（或上机进行数据处理）。试与用（1）式求得的的平均值作比较，分析两者产生差异的原因？\n测量过程点击播放\n五、注意事项\n1、在加温过程中，加温装置所显示的温度采用即时即读，并将读下的温度作为测量的起始点，然后每增加几度，记录一个数据。2、在做降温操作时，可以打开炉盖，启动降温风晒扇，节省实验时间。3、加温装置严禁干烧，实验前应该检查有无加油。4、实验结束后，将仪器整理放好，桌面整理干净。