双臂电桥测低电阻实验报告

1《基础物理》实验报告学院：国际软件学院专业：数字媒体技术2011年6月3日实验名称双臂电桥测低电阻姓名陈鲁飞年级/班级10级原软工四班学号2010302580145一、实验目的四、实验内容及原始数据二、实验原理五、实验数据处理及结果（数据表格、现象等）三、实验设备及工具六、实验结果分析（实验现象分析、实验中存在问题的讨论）一、实验目的1.了解测量低电阻的特殊性。2.掌握双臂电桥的工作原理。3.用双臂电桥测金属材料（铝.铜）的电阻率。二、实验原理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R＝V／I测量电阻Rx，电路图如图1所示，考虑到电流表、毫伏表与测量电阻的接触电阻后，等效电路图如图2所示。由于毫伏表内阻Rg远大于接触电阻Ri3和Ri4,因此他们对于毫伏表的测量影响可忽略不计，此时按照欧姆定律R＝V／I得到的电阻是（Rx+Ri1+Ri2）。当待测电阻Rx小于1时，就不能忽略接触电阻Ri1和Ri2对测量的影响了。因此，为了消除接触电阻对于测量结果的影响，需要将接线方式改成下图3方式，将低电阻Rx以四端接法方式连接，等效电路如图4。此时毫伏表上测得电眼为Rx的电压降，由Rx=V/I即可准测计算出Rx。接于电流测量回路中成为电流头的两端(A、D)，与接于电压测量回路中称电压接头的两端(B、C)是各自分开的，许多低电阻的标准电阻都做成四端钮方式。2根据这个结论，就发展成双臂电桥，线路图和等效电路图5和图6所示。标准电阻Rn电流头接触电阻为Rin1、Rin2，待测电阻Rx的电流头接触电阻为Rix1、Rix2，都连接到双臂电桥测量回路的电路回路内。标准电阻电压头接触电阻为Rn1、Rn2，待测电阻Rx电压头接触电阻为Rx1、Rx2，连接到双臂电桥电压测量回路中，因为它们与较大电阻R1、R2、R3、R相串连，故其影响可忽略。由图5和图6，当电桥平衡时，通过检流计G的电流IG=0,C和D两点电位相等，根据基尔霍夫定律，可得方程组（1）3(1)解方程组得(2)通过联动转换开关，同时调节R1、R2、R3、R，使得成立，则（2）式中第二项为零，待测电阻Rx和标准电阻Rn的接触电阻Rin1、Rix2均包括在低电阻导线Ri内，则有(3)实际上即使用了联动转换开关，也很难完全做到。为了减小(2)式中第二项的影响，使用尽量粗的导线以减小电阻Ri的阻值(Ri0.001)，使(2)式第二项尽量小，与第一项比较可以忽略，以满足(3)式。三、实验设备及工具本实验所使用仪器有1.QJ36型双臂电桥（0.02级）6.JWY型直流稳压电源（5A15V）、2.电流表（5A）、7.RP电阻、3.直流复射式检流计（C15/4或6型）8..0.001标准电阻（0.01级）、4.超低电阻（小于0.001连接线9.低电阻测试架（待测铜、铝棒各一根）、5.双刀双掷换向开关、、千分尺、导线等。四．实验内容及原始数据4用双臂电桥测量金属材料（铜棒、铝棒）的电阻率，先用（3）式测量Rx,再用求。1．将铜棒安装在测试架上，按实验电路图接线。选择长度为50cm，调节R1，R2为1000，调节R使得检流计指示为0，读出此时R的电阻值。利用双刀开关换向，正反方向各测量3组数据。2．选取长度40cm,重复步骤1。3．在6个不同的未知测量铜棒直径并求D的平均值。4．计算2种长度的和，再求。5．取40cm长度，计算测量值的标准偏差。6．将铜棒换成铝棒，重复步骤1至5。实验电路实验数据：512345铝棒直径（mm）4.9914.9954.9984.9924.990铜棒直径（mm）4.9844.9814.9864.9854.98840cm铝棒接入电路时电阻（）75575075375175750cm铜棒接入电路时电阻（）2006200120102003200540cm铜棒接入电路时电阻（）16051610160816101607五．实验数据处理及结果数据处理：根据电阻率的计算公式以及Rx的表达式可以得到：124LRRRDn40cm铝棒接入电路时：铝棒直径平均值mmmmDDii995.46995.4990.4998.4992.4995.4991.4661测量所得电阻的平均值7546750757751753750755661iiRR那么计算得mLRRRDn8121068.3450cm铜棒接入电路时：铜棒直径平均值6mmDDii985.4661测量所得电阻的平均值2006661iiRR那么计算得mLRRRDn8121079.7440cm铜棒接入电路时：铜棒直径平均值mmDDii985.4661测量所得电阻的平均值1609661iiRR那么计算得mLRRRDn8121085.74直径D的测量列的标准差为1)()(2nDDDiimm003.0取P=0.95，查表得t因子tP=2.57，那么测量列D不确定度的A类评定为mmnDtP003.0)(仪器（千分尺）的最大允差Δ仪=0.001mm，按照正态分布算，测量列的不确定度的B类评定mmCDuB0003.0)(那么合成不确定度95.0,003.0)]([]6)([)(22PmmDukDtDUBPP电阻R的测量列的标准差为1)()(2nRRRii2取P=0.95，查表得t因子tP=2.57，那么测量列R不确定度的A类评定为72)(nRtP仪器（电阻箱）为0.02级，那么Δ仪=1608×0.02%Ω=0.32Ω，考虑到人的判断相对来说比较精确，因此认为uB（R）=Δ仪=0.32Ω。那么合成不确定度95.0,2)]([]6)([)(22PRukRtRUBPP又有U（Rn）=0.01%×0.001Ω=1×10-7ΩU（R1）=1000×0.02%Ω=0.2ΩU（L）=2mm根据不确定度的传递公式应该有：21122222])([])([])([])([])([4])([RRULLURRURRUDDUUnn那么2112222])([])([])([])([])([4)(RRULLURRURRUDDUUnn=0.089于是最终结果写成：95.0,10)089.084.7()(8PmU六、实验结果分析实验小结：1、从实验结果来看，实验数据比较好，两次铜棒的测量所得电阻率比较接近。2、实验过程中应该注意对仪器的调零和保护。3、实验中测量同一组量时注意保持系统的稳定，不可中途拆卸，否则会造成比较大的系统误差（特别是铜棒和铝棒装好后不要多次改变刀口的松紧）。4、5、本实验原理比较简单，但电路图连接比较复杂，特别是电阻的四端接法应注意正负极的一致。注意事项：1．先将铝棒(后测铜棒)安装在测试架刀口下面，端头顶到位螺丝拧紧。2．按线路图电流回路接线，标准电阻和未知电阻连接到双臂电桥时注意电压头接线顺。3．检流计在X1和X0.1档进行调零、测量，不工作时拨到短路档进行保护。8误差分析：1、由于检流计对仪器稳定性有很高的要求，而在实验中很难做到。2、R2/R1=R3/R并不是严格成立的。3、铝棒不是很直，长度测量有偏差，但误差分析是无法计算。思考题：1在测量时，如果被测低电阻的电压头接线电阻较大（例如被测电阻远离电桥，所用引线过细过长等），对测量准确度有无影响？由于电压头支路上存在大电阻（一般大于1000Ω），接线电阻如果相对于大电阻仍然比较小，与大电阻串联时，阻值也是高阶无穷小量（一般情况下），其影响仍然可以忽略不计，可以认为没有影响；但如果接线电阻相对于大电阻在同一数量级上，则其影响就不能忽略了2如果将标准电阻和待测电阻电流头和电压头互换，等效电路有何变化，有什么不好？如果将他们的两个接头互相交换，等效电路图中的两个电阻就要更换位置。这样做不好的地方在于加大了待测电阻那边的附加电阻，使得测量结果不正确。教师评语评阅教师：年月日