自助式单臂电桥试验仪的开发研制.PDF

自助式单臂电桥实验仪的开发研制 王占民 魏国瑞 王艳阳 李 隆 穆春娟 西安建筑科技大学理学院，中国西安 710055 摘 要：在原有实验仪器设备基础上，进行改造，研制自助式单臂电桥实验仪，增加了设 计性的实验内容——等臂式电桥二次电阻测试法。新的实验仪采用全开放式的形 式——实验仪的原理图、电子元器件裸露表面；用数字式毫伏表取代了原来使用 的指针式检流计。等臂式电桥二次电阻测试法有利于学生进一步理解掌握灵敏度 的概念及其对测量的影响。 关键字：自助式单臂电桥；开放性实验；等臂电桥 一、引言 大学物理实验课程作为高等工科院校一门独立的必修课程，其教学根本目的在于培养学生 的科学实验能力，提高学生科学实验素质及创新能力。目前，多数高校的大学物理实验课程项 目内容大多为一般验证性实验，不利于提高学生的独立思考能力和实验创新能力。给学生开出 一些提高型、设计型实验，将更有利于提高学生的学习积极性，激发其创新能力。 利用单臂电桥（惠斯顿电桥）来测量电阻（压力、温度、电感、电容）实验是本科生必做 的一个重要的实验项目。当前，各高校普遍使用的实验仪器是一套封闭式的实验设备——箱式 [1]，其中包括了几个电阻、检流计、电位器、电键、滑动变阻器、电阻箱以及直流稳压电 电桥 源等，实验测量的内容单一，缺乏可拓展性，一定程度上局限了学生的创新思维活动。 二、自助式单臂电桥仪的主要特点 在原有实验仪器设备基础上，进行改造，研制自助式单臂电桥实验仪，给传统的单臂电桥 测量电阻实验增加了综合性、设计性的实验内容，这样可以变验证性实验为研究性实验，变单 一性实验为综合性实验。可以让学生用已掌握的基本实验仪器、实验技能、实验方法来解决一 些有一定难度、一定实用价值的综合设计性实验，从而培养学生发现问题、分析问题、综合解 决问题的能力[2]，以及理论联系实际进行开发的创新能力。 自助式单臂电桥实验具有以下优点： （1）自助式单臂电桥实验仪是一台开放式的实验仪器，实验仪的原理图、电子元器件裸露 在表面，引导学生独立思考，自己动手，方可实现实验的测试功能，即自助式的实验功能。 （2 ）用数字式毫伏表取代原来仪器使用的指针式检流计，数字式毫伏表具有显示数字化、 灵敏度高、高阻抗、寿命长、耐用等优点。 王占民（1970—）男，硕士，副教授，主要从事大学物理，物理实验的教学工作。电子信箱：wzm1970@ 2 论坛投稿论文 （3 ）可方便实现新实验内容，等臂式电桥二次测试法。它是工程界当前最实用、最常用的 一种方法（测电阻、压力、温度等）。 （4 ）自助式单臂电桥实验仪具有结构紧凑、体积小等优点，项目内容可拓展成物理系电子 信息科学与技术专业本科生的毕业实习项目。 自助式单臂电桥实验仪对于培养、提高学生操作技能、创新意识、创新精神、开拓能力等 具有重要的作用与意义。 三、等臂式电桥二次测试法 表 1 是运用所研制的自助式单臂电桥实验仪测量两个不同阻值（100 欧姆和 1000 欧姆）的 电阻时，运用不同的比例臂时，电桥的灵敏度的测量结果。可以看出，当待测电阻为 1000 欧 姆时，比例臂选择 1000/1000，电桥灵敏度最高（2.8 ）；当待测电阻为 100 欧姆时，比例臂选 择 100/100，电桥灵敏度最高（10.1）. 由此可以看出，当比较臂的两个电阻和待测电阻值相同 时，电桥具有最高的灵敏度。 表 1 不同比例臂下单臂电桥的灵敏度（mm/Ω） Rx （Ω） 1000 100 R 1/R2 100/100 0.40 10.1 1000/1000 2.8 4.7 10000/10000 0.50