开尔文双臂电桥实验.pdf

开尔文双臂电桥测量低电阻 学院：弘毅学堂 姓名：李奇正 学号：2016301610156 日期：2017 年 10 月 23 日 用惠斯顿电桥测量中等电阻时，忽略了导线电阻和接触电阻的影响，但在 测量 1 Ω以下的低电阻时，各引线的电阻和端点的接触电阻相对被测电阻来说 不可忽略，一般情况下，附加电阻约为 10-5~10-2 Ω。为避免附加电阻的影响， 本实验引入了四端引线法，组成了双臂电桥（又称为开尔文电桥），是一种常 用的测量低电阻的方法，已广泛的应用于科技测量中。 一、实验目的 1、了解四端引线法的意义及双臂电桥的结构； 2 、学习使用双臂电桥测量低电阻； 3、学习测量导体的电阻率。 二、实验仪器 DH6105 型组装式双臂电桥，检流计，被测电阻，换向开关，通断开关， 导线等。 电磁学实验报告| 弘毅学堂李奇正2016301610156 三、实验原理 1、四端引线法 测量中等阻值的电阻，伏安法是比较容易的方法，惠斯顿电桥法是一种精 密的测量方法，但在测量低电阻时都发生了困难。这是因为引线本身的电阻和 引线端点接触电阻的存在。图 1 为伏安法测电阻的线路图，待测电阻 RX 两侧 的接触电阻和导线电阻以等效电阻 r 、r 、 r 、 r 表示，通常电压表 1 2 3 4 内阻较大，r 和 r 对测量的影响不大，而 r 和 r 与 RX 串联在一起， 1 4 2 3 被测电阻（r +RX+r ）， 若 r 和 r 数值与 RX 为同一数量级，或超过 2 3 2 3 RX，显然不能用此电路来测量 RX。 若在测量电路的设计上改为如图 2 所示的电路，将待测低电阻 RX 两侧的 接点分为两个电流接点 C-C 和两个电压接点 P-P，C-C 在 P-P 的外侧。 显然 电压表测量的是 P-P 之间一段低电阻两端的电压，消除了 r 和 r 对 RX 2 3 测量的 影响。这种测量低电阻或低电阻两端电压的方法叫做四端引线法，广泛应用于 各种测量领域中。例如为了研究高温超导体在发生正常超导转变时的零电阻现 象和迈斯纳效应，必须测定临界温度 Tc，正是用通常的四端引线法，通过测 量 超导样品电阻 R 随温度 T 的变化而确定的。低值标准电阻正是为了减小接 触电阻和接线电阻而设有四个端钮。 2 、双臂电桥测量低电阻 用惠斯顿电桥测量电阻，测出的 RX 值中，实际上含有接线电阻和接触电 -3 -4 阻（统称为 Rj）的成分（一般为 10 ~10 Ω数量级），通常可以不考虑 Rj 的影响，而当被测电阻达到较小值（如几十欧姆以下）时，Rj 所占的比重就 明显了。 2 电磁学实验报告| 弘毅学堂李奇正2016301610156 因此，需要从测量电路的设计上来考虑。双臂电桥正是把四端引线法和电桥的 平衡比较法结合起来精密测量低电阻的一种电桥。 图 1 伏安法测电阻 图 2 四端引线法测电阻 图3 双臂电桥测低电阻 如图 3 中，R1、R2 、R3 、R4 为桥臂电阻。RN 为比较用的已知标准电阻， Rx 为被测电阻。RN 和 Rx 是采用四端引线的接线法，电流接点为 C1、C2 ，位 于外侧；电位接点是 P1、P2 位于内侧。 测量时，接上被测电阻 Rx ，然后调节各桥臂电阻值，使检流计指示逐步 为零，则 IG=0 ，这时I3=I4 时，根据