1、直流單臂電橋?qū)嶒?yàn),劉金環(huán),實(shí)驗(yàn)序,電橋是采用橋式電路的電測量儀器，是一種比較式的測量儀器。它在電測技術(shù)中應(yīng)用極為廣泛，可以用來測量電阻、電容、電感、頻率、溫度、壓力等許多物理量。 電橋儀器主要分為直流電橋和交流電橋兩大類。直流電橋按其結(jié)構(gòu)又可分為單臂電橋和雙臂電橋。,電橋有兩種工作方式: 平衡電橋：直接測量橋臂電阻的大小，得到測量結(jié)果。 非平衡電橋：測量橋臂電阻的變化量，以得到測量結(jié)果，主要用于非電量的電測技術(shù)。,根據(jù)科學(xué)時報報道（2001.7.3)，德國波鴻魯爾大學(xué)宣布，該大學(xué)的電子技術(shù)人員制成了世界上最小的電橋，它只有12納米長，有助于推進(jìn)微型計算機(jī)芯片的開發(fā)工作。,預(yù)習(xí)要點(diǎn),單臂電橋的電

2、路結(jié)構(gòu)； 直流單臂電橋測電阻的原理和方法； 電阻溫度系數(shù)的物理意義； 柱面加熱器和溫度測控儀的使用要點(diǎn)。,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯W(xué)習(xí)要求,學(xué)習(xí)單臂電橋的電路組成； 理解并掌握用直流單臂電橋測電阻的原理和方法； 掌握多功能溫度測控儀和恒溫柱面加熱器的使用； 用QJ24型直流單臂電橋測銅、合金、半導(dǎo)體在不同溫度下的電阻值，計算銅電阻的溫度系數(shù)。,二、實(shí)驗(yàn)原理,1直流單臂電橋 直流單臂電橋也叫惠斯通電橋，其原理電路如圖所示。四個電阻R0、R1、R2和Rx構(gòu)成一個四邊形，每條邊稱作電橋的一個“臂”。,對角A和C上加上電源E，對角B和D之間連接檢流計G。檢流計的作用是將“橋”兩端的電位UB和UD進(jìn)行比較。Rx是

3、待測電阻，R1、R2是已知電阻，R0是可調(diào)節(jié)可讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)電阻。,適當(dāng)選擇R1、R2的值，調(diào)節(jié)R0的電阻值，使B、D兩點(diǎn)的電位相等時（UB=UD），檢流計中無電流通過，即Ig=0 ，這時稱為電橋平衡。 電橋平衡時，Ig=0，I1=Ix，I2=I0， 同時由于B、D兩點(diǎn)的電位相同，所以 UAB=UAD， UBC=UDC。根據(jù)歐姆定律有：,I1R1=I2R2，Ix Rx=I0R0 所以,此式是電橋平衡的條件，稱為電橋平衡公式。,2導(dǎo)體的電阻溫度特性 導(dǎo)體的電阻均與溫度有關(guān)。在通常溫度下，多數(shù)純金屬的電阻其阻值的大小隨溫度的變化呈線性關(guān)系，可用下式來表示。 式中Rt是導(dǎo)體在溫度為t時的電阻值；R0為導(dǎo)

4、體在0時的電阻值；稱為電阻的溫度系數(shù)。 嚴(yán)格地說，各種導(dǎo)體的溫度系數(shù) 和溫度有關(guān)，但在0100范圍以內(nèi)，值變化很小，可認(rèn)為不變。,康銅、錳鋼等合金，電阻幾乎不隨溫度變化，值很小，約為0.210-4/。利用合金的這一性質(zhì)，可制成標(biāo)準(zhǔn)電阻。 半導(dǎo)體的電阻與溫度的關(guān)系和金屬導(dǎo)體不同。在通常溫度下，半導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而減小，具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。它的變化規(guī)律為,式中，E和R0是常量，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為絕對溫度。利用半導(dǎo)體的這一性質(zhì)制成的熱敏電阻，在靈敏測溫和自動溫控裝置中得到廣泛應(yīng)用。,三、儀器介紹,1QJ24型直流單臂電橋 QJ24型箱式電橋采用惠斯通電橋線路，主要由比率臂、比較臂、檢流計

5、和電池組組成。全部部件安裝在箱內(nèi)，箱蓋銘牌上給出了電橋原理線路和有關(guān)參數(shù)，供使用者參考。,QJ24型電橋測量范圍是2099990歐姆，準(zhǔn)確度等級為0.1級，內(nèi)接電源電壓為4.5伏，外接電源為4.5伏。,QJ24型電橋的面板圖和測量原理圖,測量時將待測電阻接在面板上的X1和X2之間，將比較臂轉(zhuǎn)盤各檔數(shù)值置于用萬用表粗測待測電阻值的位置，并據(jù)此選擇合適的比率。選擇比率的原則是能充分利用電橋的四個調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤，保證測量讀數(shù)有位有效數(shù)字。,接通電源按鈕B0和檢流計按鈕G1，調(diào)節(jié)比較臂轉(zhuǎn)盤，直到檢流計接近指零，再松開G1 按下G0，仔細(xì)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤示值，使檢流計準(zhǔn)確指零，記下比較臂各轉(zhuǎn)盤阻值的數(shù)值R0，則待測電

6、阻 Rx比率值R0, 檢流計按鈕G1支路上串接了一個較大阻值的保護(hù)電阻Rg，用于粗調(diào)電橋平衡，可避免檢流計被過大電流沖擊。 G0為細(xì)調(diào)按鈕。,2多功能溫度測控儀和恒溫柱面加熱器,本實(shí)驗(yàn)用ZHQ-1型恒溫柱面加熱器對待測量的三種樣品（銅、合金、半導(dǎo)體）進(jìn)行加溫，并由KWY-3型多功能溫度測控儀進(jìn)行控溫和測溫。, ZHQ-1型恒溫柱面加熱器,ZHQ-1型恒溫柱面加熱器為鋁制外殼，采用柱形結(jié)構(gòu)。圓柱中心軸線位置放置棒狀電熱絲，電熱絲產(chǎn)生的熱量均勻四周輻射，爐內(nèi)溫度以柱中心對稱分布。其特點(diǎn)是升溫速度快，達(dá)到平衡溫度的時間短。,被加熱體置于圓柱外側(cè)導(dǎo)熱層，被加熱體的溫度測量采用球體熱敏電阻。（請在108

7、0范圍內(nèi)使用）,KWY-3型多功能溫度測控儀,開機(jī)后儀器自行顯示“控溫測量”狀態(tài)，用功能選擇鍵選擇儀器功能。每按一次功能選擇鍵儀器進(jìn)入下一功能狀態(tài)。 用溫度設(shè)定鍵選擇溫度設(shè)定位，用 鍵設(shè)定所需溫度，全部設(shè)定完以后按設(shè)定鍵確認(rèn)。也可用T0+5直接增加5設(shè)定控制溫度。,儀器右顯示器小于0.5時，溫度設(shè)定才有效。 加熱時，溫度測控儀與恒溫柱面加熱器的紅色指示燈同時閃亮。,四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容, 用QJ24直流單臂電橋測出室溫下銅、合金、半導(dǎo)體電阻的阻值。 將溫度設(shè)定為室溫下增加5，通電加熱至溫度平衡。測出相應(yīng)溫度下的銅、合金和半導(dǎo)體的電阻值。當(dāng)溫度趨于穩(wěn)定時，迅速將電橋調(diào)節(jié)平衡（如何調(diào)節(jié)？），記錄電橋平衡時的溫度ti和溫度為ti時電橋比較臂的讀數(shù)。 重復(fù)步驟，使溫度每升高大約5時測一組數(shù)據(jù)，共測6組數(shù)據(jù)。將所測數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)記錄表格中（自擬數(shù)據(jù)記錄的表格）。,注意：調(diào)節(jié)電橋平衡要迅速，電橋平衡時，應(yīng)首先讀取溫度計的讀數(shù)，再記錄電橋轉(zhuǎn)盤的示值，想一想為什么要這樣做？,五、數(shù)據(jù)處理,以Rt為縱坐標(biāo)，t為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描繪銅電