1、直流雙臂電橋（凱爾文電橋）,南開大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室,基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)12,引言,我們知道，一般惠斯登電橋只宜測(cè)幾歐姆至兆歐姆范圍內(nèi)的電阻，阻值再小的電阻，由于有接觸電阻和接線電阻的存在，會(huì)給測(cè)量帶來很大的誤差，尤其是當(dāng)這些附加電阻和待測(cè)電阻可以比擬時(shí)，測(cè)量誤差就更大了。為了消除這些附加電阻的影響，人們常把低阻做成四端結(jié)構(gòu)，并采用直流雙臂電橋進(jìn)行測(cè)量。雙臂電橋的測(cè)量方法和單臂電橋同屬比較測(cè)量法。本實(shí)驗(yàn)將對(duì)雙臂電橋進(jìn)行深入的研究。,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解低電阻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 2.掌握雙臂電橋測(cè)量低阻的原理和方法。,實(shí)驗(yàn)原理,低電阻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)原理,測(cè)量原理 測(cè)量電路如圖所示，其中R

2、0為標(biāo)準(zhǔn)低阻，RX為待測(cè)低阻。四個(gè)比例臂電阻 （具有雙比例臂，這便是“雙臂電橋”名稱的由來）一般都有意做成幾十歐姆以上的阻值，因此它們所在橋臂中接線電阻和接觸電阻的影響便可忽略。兩個(gè)低阻相鄰電壓接頭間的電阻設(shè)為r，常稱做“跨橋電阻”。當(dāng)檢流計(jì)G指零時(shí)，電橋達(dá)到平衡，于是由基爾霍夫定律可寫出下面三個(gè)回路方程：,實(shí)驗(yàn)原理,測(cè)量原理,實(shí)驗(yàn)原理,式中I1、I0 、I1分別為電橋平衡時(shí)通過電阻R1、R0、的電流。將（1）式整理有： 如果電橋的平衡是在保證 ， 即 的條件下調(diào)得的，那么（2）式 則簡(jiǎn)化為：,實(shí)驗(yàn)原理,雙臂電橋靈敏度 雙臂電橋的靈敏度S可仿照惠斯登電橋的靈敏度來定義。即雙橋平衡后，將比例臂電

3、阻、同步地偏調(diào)，若檢流計(jì)光點(diǎn)偏移n格，則靈敏度S為： 且 ，故由靈敏度S引入被測(cè)量RX的相對(duì)誤差為： 顯見增大S可減小測(cè)量誤差,實(shí)驗(yàn)原理,測(cè)量結(jié)果的不確定度 當(dāng)平衡條件與不是嚴(yán)格相等時(shí)，r值越大給測(cè)量結(jié)果帶來的誤差也越大。 為了克服檢流計(jì)回路溫差電動(dòng)勢(shì)對(duì)電橋平衡狀態(tài)的影響，必要時(shí)可將工作電源的極性換向，并將換向前后測(cè)得的低阻值取平均,儀器用具,六旋鈕電阻箱兩只（0.1級(jí)），標(biāo)準(zhǔn)低阻R0（0.001，準(zhǔn)確到0.05%），待測(cè)黃銅棍和不銹鋼板尺各一只，限流電阻，直流穩(wěn)壓電源，光點(diǎn)檢流計(jì)，壓觸開關(guān)，游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器，QJ32型直流單雙臂電橋及數(shù)字萬用表,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,自組雙橋測(cè)量黃銅棍、不銹鋼板尺在

4、標(biāo)記長(zhǎng)度和室溫下的電阻值及電阻率。 （1）先測(cè)量黃銅棍的阻值。實(shí)驗(yàn)中所使用的AC15/3型檢流計(jì)G，其靈敏度很高（光標(biāo)偏轉(zhuǎn)一小格只需通約310-9A的電流），電流大了有可能燒毀檢流計(jì)，因此在調(diào)節(jié)雙橋平衡過程中，要注意檢流計(jì)的安全。為此在電路聯(lián)接正確的情況下，可采用逐漸提高電源電壓且從高位到低位逐漸同步調(diào)節(jié)、使G指零的辦法。注意電源電壓不得超過5V。 測(cè)量雙橋靈敏度S1。 （2）測(cè)量不銹鋼板尺的阻值及雙橋靈敏度S2。 （3）測(cè)量樣品尺寸。對(duì)于黃銅棍：測(cè)出待測(cè)低阻段的長(zhǎng)度、直徑；對(duì)于不銹鋼板尺：測(cè)出待測(cè)低阻段的長(zhǎng)度、寬及厚度。注意黃銅棍的直徑、不銹鋼板尺的寬、厚度都應(yīng)多次測(cè)量（取不同位置測(cè)量）后取平均。,注意事項(xiàng),1.所用光點(diǎn)檢流計(jì)要輕拿輕放，用后要撥至短路檔。電路切勿接錯(cuò)，以免燒毀檢流計(jì)。 2.限流電阻一定要接好，電源電壓開始時(shí)應(yīng)調(diào)得最低，以保證檢流計(jì)和電源的安全。電橋接近平衡時(shí)才將電源電壓升至5V。 3.接通電源時(shí)間應(yīng)盡量短，以免電阻發(fā)熱影響測(cè)量結(jié)果。 4.要注意清除被測(cè)樣品上的銹污。,考查題,1.辯認(rèn)實(shí)驗(yàn)中所用標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓接頭和電流接頭。待測(cè)低阻的電壓接頭和電流接頭在