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惠斯通电桥

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在不平衡电桥中,可以通过KVL、KCL求解电流的大小。
==试验相关==
用惠斯通电桥测电阻
 
折叠实验目的
1.熟悉用惠斯通电桥测电阻的原理。
 
2.掌握QJ19型箱式惠斯通电桥和AC15型直流复射式检流计的使用方法。
 
折叠实验器材
QJ19型电桥、AC15型直流复射式检流计、稳压电源、电阻箱、导线若干。
 
折叠实验原理
惠斯通电桥原理图
惠斯通电桥原理图
惠斯通电桥是一种测量电阻的精密仪器,如图所示,为其测量原理图。
 
四个电阻连成四边形,称为电桥的四个臂。四边形的一个对角线连有检流计,称为“桥”;四边形的另一对角线接上直流电源。 R1、R2、R0、Rx为四个桥臂上的电阻,Rx为待测电阻,G为检流计,E为直流电源,K为开关。各支路电流如图中箭头所示。
 
电源接通时,电桥线路中各支路均有电流通过。当BD两点电势不等时,桥路中的电流Ig≠0,检流计的指针发生偏转;当BD两点之间的电势相等时,桥路中的电流Ig=0,检流计指针指零(检流计的零点在刻度盘的中间),这时我们称电桥平衡状态。因此电桥处于平衡状态时有:
 
Ig=0 UAB=UAD UBC=UDC
 
Ix=I0 I1=I2 Ix×Rx=I1×R1 I2×R2=I0×R0
 
于是可得:Rx/R0=R1/R2 即 Rx×R2=R0×R1
 
此式说明,电桥平衡时,电桥相对臂电阻的乘积相等。这就是电桥的平衡条件。
 
如果R1、R2和R0都是已知的,那么可算出待测电阻Rx:Rx=(R1/R2)R0。
 
测量精度主要受检流汁G和R1、R2及R0的精度的影响。
 
折叠仪器描述
1.QJ19型单双臂两用电桥
 
QJ19型电桥是一种精密的电工仪器。当用作单臂电桥时,可测量10-2~166Ω的电阻;当作双臂电桥时,可测量10-5~10-2Ω的电阻(在本实验中只作单臂电桥使用)。
 
图 6-2 QJ19型电桥面板及接线图
 
图6-2为QJ19型电桥的面板。K1~K4依次为“粗调”、“细调”、“短路”、“电源”这四个按钮。测量时,应先按下K4并锁住,再按下K1按钮进行粗调,当检流计指针指到“0”时,松开K1;最后,按下K2进行细调,直到检流计指针指到“0”为止。当检流计中电流较大或晃动较大时,应按下短路按钮K3。R1、R2为比例臂,R为读数臂,相当于可变电阻臂,R1、R2的大小可根据待测电阻RX的估计值由表6—1设定。端钮1~10为接线钮,在本实验中,1、2接检流计;3、4直接相联;5、6接待测电阻;7、8空着;9、10接电源。这样连接后的线路如图6-2所示。
 
2.AC15型直流复射式检流计  
 
AC15型直流复射式检流计又称光点检流计,其结构属于电磁式。我们知道,光线射到平面镜上后,如果镜面转过一微小的角度 ,则反射光线扫过的角度将是 。在线圈上附有一个小平面镜,当微小的电流通过线圈时,在磁力矩的作用下线圈就会转过一个很小的角度,这时一束灯光射到小平面镜上,利用平面镜的反射,就可以较明显地读出反射光线转过的角度,从而测出微小电流强度。因此,光点检流计的灵敏度很高。
 
图6-3为AC15型直流复射式检流计面板。J1为标盘(或刻度盘),J5为“零点调节”旋钮,测量前须用此调零。J2为分流器旋钮,检流计不停地移动时,J2应置于“短路”,使光标尽快停止。测量时J2应从最低灵敏度“×0.01”开始,逐步调到“×1”档。J4为输入端钮,J3为电流选择开关。AC15型检流计可用交流220V 或直流6V两种电源供电,本实验只用交流220V。
 
图6-3 AC15型直流复射式检流计
 
折叠实验步骤
1.仔细观察各仪器面板,了解各旋钮、按钮的作用,对照图6-2,熟悉整个测量电路。
 
2.检查电桥,按钮K1~K4应全部松开。检查检流计,后面板上电源插头应插在交流220V处,前面板J3应置于交流220V处。
 
3.按图6-2所示接好线路,接通稳压电源。
 
4.接通检流计电源,J1调到“直接”处,调J5使光点尽量靠近零点,然后调J1,使光点正好落在零点,此时J1、J5不可再动。
 
5.根据Rx的估计值,从表6-1上选择R1、R2及电源电压。再根据Rx的估计值由公式Rx =(R1 / R2 )R推算出R值。
 
6.调节R1、R2、R及电源为上面所得的各数值,按下并锁住K4。
 
7.检流计的J2调到“×0.01”档,按下K1(若检流计光点偏转不太大,可把K1锁住,若光点左右偏转较大,可按下K3)。调节R(应从大到小调节,即先调×100,再调×10),使光点最接近零点,松开K1。
 
8.依次把J2调到“×0.1”档和“×1”档,重复步骤7。
 
9.按下K2,调节R,使检流计的光点尽量接近零点。
 
10.松开K2、K4,J2调到“短路”,读出数值,并填入表6-2中。
 
11.改变Rx,重复步骤5~10,将各数值填入表6-2中。
 
12.拆除电路,按要求整理好仪器。
 
表6-1 比例臂及电源电压对照表
 
Rx /Ω
 
比例臂电阻 /Ω
 
电源电压 / V
 
R1
 
R2
 
102~103
 
102
 
102
 
3
 
103~104
 
103
 
102
 
6
 
104~105
 
104
 
102
 
10
 
105~106
 
104
 
10
 
20
 
折叠数据记录及处理
表6-2 待测电阻Rx 与R1 、 R2 及电源电压表
 
估计值 /Ω
 
R1 /Ω
 
R2 /Ω
 
电源电压 /V
 
R /Ω
 
测量值 /Ω
 
×102
 
×103
 
×104
 
×105
 
折叠注意事项
调节时应先粗调,再进行细调,次序不能颠倒。
==应用==
177
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