惠斯通电桥的应用
【实验目的】
1. 学习惠斯通电桥测电阻的原理和方法
2. 学习电阻箱和电桥的误差计算方法
3. 学习由电桥灵敏度计算随机误差的方法
【实验操作内容】
1. 组装电桥
取电源E=2V,先将检流计电源打开,调零后置于粗档位置。电路接好后,闭合开关,调整电阻箱使检流计指示为零,再将检流计置于细档位置,调整电阻箱使检流计指示为零即可读出电阻箱的阻值。
2. 测量电阻
(1)用组装电桥测量一个电阻的电阻值,取为0.1和1.0两个倍率,读出两组数据。(注意调整电阻箱最小位时,检流计指针应摆动)
(2)用交换法测另一个待测电阻。取为1.0。(应先测检流计指示为零时电阻箱的值,再测出检流计指示偏2-5小格时电阻箱的值;交换电阻箱与待测电阻的位置后,重复前面的操作。)
【数据处理】
1. 计算用组装电桥测量一个电阻的电阻值为
, 取为0.1和1.0时,由测得值 ,分别计算出值(不计算误差)。
2. 计算用交换法测量的另一个电阻的电阻值为
(1)
(1)式两边取对数求导,得到相对误差传递公式为
(2)
其中是电阻箱与待测电阻交换之前的误差, 是电阻箱与待测电阻交换之后的误差。它们分别为
(3)
(4)
其中 、 为随机误差
(5)
(6)
S、S’为电阻箱与待测电阻交换前和交换后电桥的灵敏度
(7)
(8)
其中、 为检流计指示为零时电阻箱的值与检流计指示偏转格时电阻箱的值的差值。(一般取2-5小格)
、为电阻箱产生的仪器误差。
(9)
(10)
例如:,该读数的误差为:
将(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)式代入(2)式得到。
结果:
【注意事项】
1. 电桥不平衡时,检流计先放到粗档位置;接近平衡时,再放到细档位置。
2. 如果调整电阻箱阻值,检流计不能平衡时,应增大比率臂电阻阻值(即R1和R2的阻值)。
3. 电桥通电时间要尽量短,以免因电阻发热而变阻。