试验10双臂电桥测低电阻.DOC

实验 低电阻的测量 按阻值大小来分，电阻大致可分三类：在以下的为低电阻；在之间的为中等阻值的电阻；在以上的为高电阻。不同阻值的电阻，测量方法是不尽相同的。它们在测量中都存在着本身的特殊问题。例如：用惠斯通电桥测量中电阻时，可以忽略导线本身的电阻和接点处的接触电阻（总称为附加电阻）的影响。但在测量低电阻时，这些附加电阻就不能忽略了。一般附加电阻约为左右。若待测的低电阻，则可以看出附加电阻的影响是非常客观的。对惠斯通电桥加以改进而成的双电桥（又称“开尔芬电桥”）消除了附加电阻的影响，这种电桥适合测量范围内的电阻。 【实验目的】 1．了解四端引线法的意义及开尔芬双电桥的工作原理； 2．掌握用开尔芬双电桥测低电阻的方法； 3．学会使用箱式开尔芬双电桥。 【实验仪器】 DH6105型自组式双臂电桥（见附录）、检流计、被测电阻、换向开关、电键与连接线等 【实验原理】 一、四端引线法原理 精确测定低值电阻的关键，在于消除接线电阻和接触电阻的影响。下面我们考察接线电阻和接触电阻是怎样对低值电阻测量结果产生影响的。例如用安培表和毫伏表按欧姆定律测量电阻，设在以下，按一般接线方法用如图10-1（a）所示的电路。由图10-1（a）可见，如果把接线电阻和接触电阻考虑在内，并设想把它们用普通导体电阻的符号表示，其等效电路如图10-1（b）所示。其中分别是连接安培表及变阻器用的两根导线与被测电阻两端接头处的接触电阻及导线本身的接线电阻，是毫伏表和安培表、滑线变阻器接头处的接触电阻和接线电阻。通过安培表的电流在接头处分为两支，流经安培表和间的接触电阻再流入，流经安培表和毫伏表接头处的接触电阻再流入毫伏表。因此，应算作与串联；应算作与毫伏表串联。由于的电阻与具有相同的数量级，甚至有的比大几个数量级，故毫伏表指示的电位差不代表两端的电位差。也就是说，如果利用毫伏表和安培表此时所指示的值来计算电阻的话，不会给出准确的结果。 为了解决上述问题，试把连接方式改为如图10-2（a）所示的式样。同样用电流流经路线的分析方法可知，虽然接触电阻仍然存在，但由于其所处位置不同，构成的等效电路改变为图10-2（b）。由于毫伏表的内阻大于，故毫伏表和安培表的示数能准确地反映电阻上的电位差和通过的电流。利用欧姆定律可以算出的正确值。 由此可见，测量电阻时，将通电流的接头（电流接头）和测量电位差的接头（电压接头）分开，并且把电压接头放在里面，可以避免接触电阻和接线电阻对测量低值电阻的影响。 二、开尔芬电桥 图10-3为开尔芬电桥的原理电路。可以看出，待测电阻和标准电阻均均采用四端引线连接。 对于图10-3，电桥平衡时，即时，很容易列出基尔霍夫方程组，为和间的电阻 求解的结果是： 可以看出，由于未知，实际上利用这个公式是不能求出的。但是，在开尔芬电桥的连接中，待测电阻和标准电阻间（图10-3中和两点间）用的短而且粗的导线，其电阻（）很小，以至于可以忽略。并且，实验中人为控制成立。这样，上述公式等号右边的第二项可以忽略。为此，可得出待测电阻的求解公式： 【实验步骤与要求】 一、用DH6105型自组式双臂电桥测量金属材料（如铜棒、铝棒、铁棒）的电阻率。 在双电桥中，低电阻要用四根线连接，这类连接方式的电阻叫“四端电阻”。即采用的是把两个电压接头和两个电流接头分开的连接方式，且把两个电压接头放在两个电流接头内侧。如图10-4。分开连接的目的，是为了消除接线电阻和接触电阻的影响。 1．结合开尔芬电桥的原理电路，利用DH6105型自组式双臂电桥组装成开尔芬电桥。 2．对检流计进行机械调零，并选择合适量程。 3．针对不同材料的金属棒，在测试时要合理选择与的比值。并且保证关系式成立，即调定。 4．正向接通工作电源，按下“”钮进行粗调，调节电阻使检流计指示为零，双臂电桥调节平衡，记下和阻值，计算；反向接通工作电源使电路中电流反向，重新调节电桥平衡，记下和阻值，计算。被测电阻按下式计算 5．保持以上线路不变，调节或，使或 ，测量值并与上面的测量结果进行比较。 6．记录金属丝长度，用螺旋测微计测量金属丝的直径，在不同部位测量五次求平均值，根据公式算出其电阻率。 7．改变金属丝长度，重复上述步骤。 二、用DH6105型组装式双臂电桥测量金属材料（如铜棒、铝棒、铁棒）的电阻率。 1．按图10-3连线，将被测电阻按四端连接法与组装式双臂电桥的连接。 2．将检流计机械调零，打开电源与检流计的开关，在测量未知电阻时，为保护检流计指零指针不被打坏，必须先把灵敏度旋钮放在最低位置，使检流计初步平衡后再增加灵敏度。 3．估计被测电阻大小，选择适当的阻值。注意的条件。先按下“”开关按钮，在正向接通双向开关，接通电桥，调节步进盘和划线读数盘，使指针指在零位上，电桥平衡。记下和阻值。 （步进盘读数+划线读数盘读数） 4