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遵义师范学院毕业论文
题目:提高惠斯通电桥灵敏度的途径探究
系别物理系
专业物理学
年级 2008 级
姓名肖天洋
学号 08410601017
指导教师张真
2012年04月12日
提高惠斯通电桥灵敏度的途径探究
摘要:惠斯通电桥能够精确测量中值电阻的阻值,但是依然存在着一些因素影响着惠斯通电桥的灵敏度。由于组成惠斯通电桥的三个可变电阻箱R2、R3、R4的精确度不够,直接导致惠斯通电桥灵敏度下降;其次,检流计G作为惠斯通电桥的重要组成部分,它的灵敏度对惠斯通电桥的灵敏度也有很大的影响。因此,根据导致惠斯通电桥灵敏度下降的原因,本文通过交换比例臂R2与R3的位置以及适当提高电源电压E的数值的方法,很好的解决了由上述原因造成的惠斯通电桥灵敏度下降的问题,提高了惠斯通电桥测量的精确度。
关键词:惠斯通电桥;灵敏度;系统误差;电压
“电桥”是电磁学中基本测量仪器之一,它主要用来测量电阻器的阻值、线圈的电容和电容器的电容及其损耗。在“电桥”中,我们一般选用惠斯通电桥测量电阻的阻值,因为它能较精确的测量几十欧至几十万欧的中值电阻的阻值[1]。
简单说,电桥法测电阻的基本原理是属于比较测量法,即是将待测电阻与标准电阻进行比较以确定其数值[2]。由于测量时所选用的电阻箱的精确度、电压以及电流计等各方面因素的影响,使验过程中产生系统误差,影响了测量的准确度。本文就是从适当提高电源电压和交换两个比例臂的位置两方面着手,探究此两种措施对提高电桥灵敏度所起的作用。
1. 斯通电桥的基本原理
电路原理图
图1 图2
原理概述
图1为惠斯通电桥的原理图,又名“直流单臂电桥”。由图1可知,惠斯通电桥分别由ab、bc、cd及da四条支路构成,每条支路中分别含有电阻R2、Rx、R4及R3,四个电阻彼此连成回路;b、d两点间接入一个检流计和限流电阻R
G,而后在a、c两端接入直流电源E盒一个可调的滑线电阻。当开关S闭合后,各支路中均有电流通过,分别为I2、I1、I4、I3(如图1中标示),检流计犹如一座“桥”联通了支路abc和adc,这样可直接比较b、d两点的电势,电桥之名由此而来[1]。
闭合开关S,并调节各个可调电阻箱的阻值,使b点的电位Vb与d点的电位Vd相等,即Vb=Vd。此时,流过检流计的电流为0(Ig=0),此时的电桥达到平衡状态,称之为“电桥平衡”,且有关系:
I2=I1 , I3=I4 (1)
此外,因为Vb与Vd相等时,电位差(Va-Vb)和(Va-Vd)相等,说明R2上的压降等于R3的压降。同理,(Vc-Vb)和(Vc-Vd)也相等,说明Rx上的压降等于R4的压降,即
I2 R2= I3 R3 , I1 Rx= I4 R4 (2)
将(2)中的两式相除,得到
= (3)
将(1)代入(3),得
Rx= R4 (4)
由(4)可知,电桥平衡时,待测电阻Rx的阻值可由R2、R3、R4得出,因此,我们只需测得R2、R3、R4的大小,就可计算出Rx的阻值,其计算公式为:
Rx= R4=CR4 (5)
式中C=是一个常数,通常称之为