实验九 惠斯顿电桥的使用及电阻的测量

利用桥式电路制成的各种电桥是用比较法进行测量的仪器，具有测试灵敏、准确度高、使用方便等特点。电桥分直流电桥和交流电桥两大类，直流电桥又分单臂电桥（惠斯顿电桥）和双臂电桥（开尔文电桥），它们可以测量电阻，不同的电桥还可以测量电容、电感、温度、压力等许多物理量，桥式电路已被广泛地应用于电工技术、非电量测量以及自动控制等许多领域中。

本实验用WD—1惠斯顿电桥来测电阻，WD—1惠斯顿电桥虽然不是实际工作中所采用的，但由于它是板式结构，很直观，便于学生掌握电桥原理和使用方法，且兼有接线训练。

【实验目的】

1．掌握惠斯顿电桥基本原理，了解桥式电路的特点。

2．通过用惠斯顿电桥测电阻，掌握电桥的使用方法。

    3．了解电桥灵敏度概念，学习对测量电路系统误差的简单校正。

【实验仪器】

WD—1惠斯顿电桥，直流稳压电源，数字检流计，电阻箱，未知电阻箱，滑线变阻器，保护开关，单刀开关等。     

【仪器简介】

 WD-1惠斯顿电桥见图1方框内 ， A C间接1米长的伊文电阻丝（R 1＋R 2 ），做“ 比率 ”电阻用。电阻丝AC下面是1米（0.5米）直尺，AB间接未知电阻RX ，BC间接电阻箱RS ，D为滑动按键。      方框外连接的是配套仪器, E为直流稳压电源，R为滑线变阻器，K 1为单刀开关，     

K2为保护开关阻。G为检流计。                

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电桥法测电阻

  直流电桥是常用的测量电阻的仪器。直流电桥分单臂电桥（又称惠斯顿电桥）和双臂电桥（又称凯尔文电桥），单臂电桥用来测定中值电阻（1——10 7），双臂电桥用来测定低电阻（1以下）。

（一）    箱式单臂电桥测电阻

[目的]1.理解并掌握单臂电桥测电阻的原理。2.学习用箱式单臂电桥测中值电阻。

[原理]R1 ，R2  ，Rx  ，RS称电桥的四个桥臂，其中R1  ，R2  ，RS的阻值可变，Rx为待测对象，须外接。G为检流计（平衡指示器），电桥的“桥”既指检流计支路，它的作用是把“桥”的两端的电位进行比较，当两端电位不等，检流计中有电流通过，检流计指针就要偏转；当两端电位相等，检流计中无电流通过，检流计指针即指在中部的“0”点。这一状态称为电桥平衡。当调节R1  ，R2  ，RS  ，使G = 0，

即电桥达到平衡时：U B = UD  ，I1 = IX  ,I2 = IS 。由原理图得

实验内容

1、用单桥（惠斯登电桥）测量三个电阻的准确值，并计算电阻标称值的误差。

  电阻的标称值是：18K、8.2K、180Ω。

  注意：选择R1、R2数值的原则：必须保证R最高位有读数，才能保证测量精度。

        直流稳压电源电压：5V左右。

四位有效数字

单臂电桥若使用得当，测量值应有四位有效数字，若使用不当，测量值会小于四位有效数字。如何使测量结果有四位有效数字？举例说明：

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双臂电桥测量低电阻

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． 实验原理

1. 四端引线法测量低电阻

测量中等阻值的电阻，用伏安法、惠斯顿电桥法是比较容易的方法，但在测量＜1Ω的低值电阻时都有发生了困难。这是因为导线本身的电阻和导线端点接触电阻的存在，这些附加电阻值一般在10-4～10-2Ω之间，与待测量的电阻值相比较，不能忽略不计。如图1－1伏安法测电阻的电路图，待测电阻RX两侧的接触电阻和导线电阻以等效电阻r1、r2 、r3 、r4表示，通常电压表内阻较大，r1和r4对测量的影响不大，而r2和r3与被测电阻RX串联在一起（r2+RX+r3）， 若r2和r3数值与RX为同一数量级，或超过RX，显然不能用此电路来测量RX。

若在测量电路的设计上改进成如图1－2 所示的电路，将待测的低电阻两侧的接点分为两个电流接点C-C和两个电势接点P-P，C-C在P-P的外侧。这样电压表测量的是P-P之间一段低电阻两端的电压，消除了r2、和r3对RX测量的影响。这种测量低电阻的方法叫做四端引线法，广泛应用于科技测量中。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随着温度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导线电阻设有四个端钮。

图1伏安法测电阻 图2四端引线法测电阻

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阻（统称为RJ）的成分（一般为10-3 ~10-4 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所占的比重就明显乐了。

图3双臂电桥测低电阻

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静态电阻应变仪操作及应变片组桥实验

1 实验目的

⑴掌握静态电阻应变仪的使用方法；

⑵了解电测应力原理，掌握直流测量电桥的加减特性；

⑶分析应变片组桥与梁受力变形的关系，加深对等强度梁概念的理解。

2 设备仪器

⑴50KN电子万能试验机一台；

⑵静态电阻应变仪一台；

⑶等强度测试梁一套。

3 实验原理

     

    　　　　　　　　　　 图2－１ 实验装置图

实验装置如图2－1，梁的厚h=11.65mm 、宽b（X）=X/9 ， 在X=200mm和X=300mm处梁的上下表面沿对称轴方向粘贴了四片电阻应变片Ｄ_1、Ｄ_2、Ｄ_3、Ｄ₄。电阻片阻值：120Ω ，灵敏度系数：2.12，电阻片长：5mm。由这四个电阻片在静态电阻应变仪上接成不同的测量桥路进行测量可以熟练掌握应变仪的使用。

实验中，要明确电阻应变片和静态电阻应变仪的测量原理：

⑴电阻应变片测量原理

目前常用的箔式电阻应变片是用0.003~0.01mm高阻抗镍铜箔材经化学腐蚀等工序制成电阻箔栅，然后焊接引出线，涂上绝缘胶粘固到塑料基膜上。使用时，只须把基膜面用特制胶水牢固粘贴到构件的测点处。这样当构件受力变形时电阻应变片亦随之变形，则电阻应变片的电阻值将发生改变。其特性关系为：

                 ΔR/R₀∕ΔL/L₀=K                      

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结构试验小论文

组号：第 5 组 姓名：刘华

学号：1011250129 指导教师:董雪花 日期：5月30日

一、概述：

在混凝土大作业（少筋梁，适筋梁，超筋梁设计）的基础上，班级分为六个小组，每个大组各进行一种的梁的破坏试验。本小组负责第二小组适筋梁的试验及相关的数据记录和分析。为配合班级的原料（钢筋，水泥，砂石）获取，尽可能使用同种钢筋，水泥，我对混凝土适筋梁的设计书进行了一定的修改，包括混凝土强度的调整，钢筋尺寸的调整，截面尺寸的调整等。

前期充分的准备让小组在第九周顺利完成了混凝土梁的制作，也包括了梁内应变片的粘贴等，为后续的试验打下基础。随后的几周，一边抽空学习实验所需的相关技术理论，一边关注梁的养护情况，完成拆模等工作。

第十三周，在完成一些列准备实验后，我们开始适筋梁的破坏试验。梁破坏时有明显的适筋破坏特征，虽然部分应变片没有工作，未传出数据，但依然获得了大量的实验数据，为后面的结果分析积累了数据基础。

总体而言，我们认为小组的试验获得了成功。

二、实验目的：

通过前期设计书的撰写，熟悉混凝土梁设计的相关设计思想、理论及公式，并在后续试验中检验设计的正确性；

了解混凝土梁浇筑过程中的各项工艺，体会钢筋下料、弯曲、绑扎，混凝土的配合比计算、搅拌、浇筑，制模，振捣等工序；

熟悉应变片、应变仪的安装、使用，了解其工作原理，测得实验中应变片粘贴处钢筋的应变值，分析数据走向；

测得混凝土梁外侧截面的应变，求出中性层高度变化；

熟悉力传感器的使用，了解其工作原理；

熟悉百分表的使用；

1. 观察适筋梁破坏时的现象，记录裂缝发展情况。

三、实验设备与仪器

1、静力试验台座、反力架、支座及支墩

2、50T手动式液压千斤顶

3、50T荷重传感器

4、YD-21型动态电阻应变仪

5、X-Y函数记录仪

6、YJ-26型静态电阻应变仪及平衡箱

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非平衡电桥的应用

实验目的：

1.         学习非平衡电桥的工作原理；

2.         学习和掌握非平衡电桥的应用；

3.         学习一些传感器的工作原理和不同的测量电路．

实验原理：

1．非平衡电桥的工作原理

如图1所示，在惠斯顿电桥中：为稳压电源，和为固定电阻，为可变电阻，为电阻型传感器，为电桥输出电压．当    时，电桥处于平衡状态，此时有

                          (1)

当时，电桥处于不平衡状态，则有

    在一定条件下，调整电桥达到平衡状态．由(1)式可见，此时电桥的平衡状态与电源无关；当外界条件改变时，传感器的阻值会有相应的变化，这时电桥平衡被破坏，桥路两端的电压也随之而变，由

于桥路的输出电压能反映出桥臂电阻的微小变化，因此通过测量输出电压即可以检测外界条件的变化．这种在非平衡条件下工作的电桥称为非平衡电桥，这样的测量方法为非电量电测法．

2．测量电路介绍

如采用电阻式传感器作为被测对象，传感元件的引出线有以下几种方式：二线制、三线制和四线制．采用二线制接法（图1），虽然导线电阻会给测量带来影响，但在测量精度要求不高、测量仪器与被测传感元件距离较近时，常采用二线制．但如果金属电阻本身的阻值很小，那末引线的电阻及其变化也就不能忽视，例如对于Pt100铂电阻，若导线电阻为1 Ω，将会产生2.5 ℃的测量误差．为了消除或减少引线电阻的影响，通常的办法是采用三线联接法加以处理，如图2所示．工业热电阻目前大多采用的都是三线制接法．

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实 验 报 告

姓    名：马学喆   班    级：F0603028    学    号：5060309041   实验成绩：

同组姓名：王雷斌   实验日期：2007/10/27  指导教师：             批阅日期：

非平衡电桥的应用

实验目的：

1.         学习非平衡电桥的工作原理；

2.         学习和掌握非平衡电桥的应用；

3.         学习一些传感器的工作原理和不同的测量电路．

实验原理：

1．非平衡电桥的工作原理

如图1所示，在惠斯顿电桥中：为稳压电源，和为固定电阻，为可变电阻，为电阻型传感器，为电桥输出电压．当    时，电桥处于平衡状态，此时有

                          (1)

当时，电桥处于不平衡状态，则有

    在一定条件下，调整电桥达到平衡状态．由(1)式可见，此时电桥的平衡状态与电源无关；当外界条件改变时，传感器的阻值会有相应的变化，这时电桥平衡被破坏，桥路两端的电压也随之而变，由

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