1、直流单臂电桥实验,刘金环,实验序,电桥是采用桥式电路的电测量仪器，是一种比较式的测量仪器。它在电测技术中应用极为广泛，可以用来测量电阻、电容、电感、频率、温度、压力等许多物理量。电桥仪器主要分为直流电桥和交流电桥两大类。直流电桥按其结构又可分为单臂电桥和双臂电桥。,电桥有两种工作方式:平衡电桥：直接测量桥臂电阻的大小，得到测量结果。非平衡电桥：测量桥臂电阻的变化量，以得到测量结果，主要用于非电量的电测技术。,根据科学时报报道（2001.7.3)，德国波鸿鲁尔大学宣布，该大学的电子技术人员制成了世界上最小的电桥，它只有12纳米长，有助于推进微型计算机芯片的开发工作。,预习要点,单臂电桥的电路结构
2、；直流单臂电桥测电阻的原理和方法；电阻温度系数的物理意义；柱面加热器和温度测控仪的使用要点。,一、实验目的和学习要求,学习单臂电桥的电路组成； 理解并掌握用直流单臂电桥测电阻的原理和方法；掌握多功能温度测控仪和恒温柱面加热器的使用；用QJ24型直流单臂电桥测铜、合金、半导体在不同温度下的电阻值，计算铜电阻的温度系数。,二、实验原理,1直流单臂电桥直流单臂电桥也叫惠斯通电桥，其原理电路如图所示。四个电阻R0、R1、R2和Rx构成一个四边形，每条边称作电桥的一个“臂”。,对角A和C上加上电源E，对角B和D之间连接检流计G。检流计的作用是将“桥”两端的电位UB和UD进行比较。Rx是待测电阻，R1、R
3、2是已知电阻，R0是可调节可读数的标准电阻。,适当选择R1、R2的值，调节R0的电阻值，使B、D两点的电位相等时（UB=UD），检流计中无电流通过，即Ig=0 ，这时称为电桥平衡。电桥平衡时，Ig=0，I1=Ix，I2=I0， 同时由于B、D两点的电位相同，所以 UAB=UAD， UBC=UDC。根据欧姆定律有：,I1R1=I2R2，Ix Rx=I0R0 所以,此式是电桥平衡的条件，称为电桥平衡公式。,2导体的电阻温度特性导体的电阻均与温度有关。在通常温度下，多数纯金属的电阻其阻值的大小随温度的变化呈线性关系，可用下式来表示。式中Rt是导体在温度为t时的电阻值；R0为导体在0时的电阻值；称为电
4、阻的温度系数。严格地说，各种导体的温度系数 和温度有关，但在0100范围以内，值变化很小，可认为不变。,康铜、锰钢等合金，电阻几乎不随温度变化，值很小，约为0.210-4/。利用合金的这一性质，可制成标准电阻。半导体的电阻与温度的关系和金属导体不同。在通常温度下，半导体的电阻随温度的升高而减小，具有负的电阻温度系数。它的变化规律为,式中，E和R0是常量，k为玻耳兹曼常数，T为绝对温度。利用半导体的这一性质制成的热敏电阻，在灵敏测温和自动温控装置中得到广泛应用。,三、仪器介绍,1QJ24型直流单臂电桥QJ24型箱式电桥采用惠斯通电桥线路，主要由比率臂、比较臂、检流计和电池组组成。全部部件安装在箱
5、内，箱盖铭牌上给出了电桥原理线路和有关参数，供使用者参考。,QJ24型电桥测量范围是2099990欧姆，准确度等级为0.1级，内接电源电压为4.5伏，外接电源为4.5伏。,QJ24型电桥的面板图和测量原理图,测量时将待测电阻接在面板上的X1和X2之间，将比较臂转盘各档数值置于用万用表粗测待测电阻值的位置，并据此选择合适的比率。选择比率的原则是能充分利用电桥的四个调节转盘，保证测量读数有位有效数字。,接通电源按钮B0和检流计按钮G1，调节比较臂转盘，直到检流计接近指零，再松开G1 按下G0，仔细调节转盘示值，使检流计准确指零，记下比较臂各转盘阻值的数值R0，则待测电阻 Rx比率值R0, 检流计按
6、钮G1支路上串接了一个较大阻值的保护电阻Rg，用于粗调电桥平衡，可避免检流计被过大电流冲击。 G0为细调按钮。,2多功能温度测控仪和恒温柱面加热器,本实验用ZHQ-1型恒温柱面加热器对待测量的三种样品（铜、合金、半导体）进行加温，并由KWY-3型多功能温度测控仪进行控温和测温。, ZHQ-1型恒温柱面加热器,ZHQ-1型恒温柱面加热器为铝制外壳，采用柱形结构。圆柱中心轴线位置放置棒状电热丝，电热丝产生的热量均匀四周辐射，炉内温度以柱中心对称分布。其特点是升温速度快，达到平衡温度的时间短。,被加热体置于圆柱外侧导热层，被加热体的温度测量采用球体热敏电阻。（请在1080范围内使用）,KWY-3型多
7、功能温度测控仪,开机后仪器自行显示“控温测量”状态，用功能选择键选择仪器功能。每按一次功能选择键仪器进入下一功能状态。用温度设定键选择温度设定位，用 键设定所需温度，全部设定完以后按设定键确认。也可用T0+5直接增加5设定控制温度。,仪器右显示器小于0.5时，温度设定才有效。加热时，温度测控仪与恒温柱面加热器的红色指示灯同时闪亮。,四、实验内容, 用QJ24直流单臂电桥测出室温下铜、合金、半导体电阻的阻值。 将温度设定为室温下增加5，通电加热至温度平衡。测出相应温度下的铜、合金和半导体的电阻值。当温度趋于稳定时，迅速将电桥调节平衡（如何调节？），记录电桥平衡时的温度ti和温度为ti时电桥比较臂的读数。重复步骤，使温度每升高大约5时测一组数据，共测6组数据。将所测数据填入数据记录表格中（自拟数据记录的表格）。,注意：调节电桥平衡要迅速，电桥平衡时，应首先读取温度计的读数，再记录电桥转盘的示值，想一想为什么要这样做？,五、数据处理,以Rt为纵坐标，t为横坐标，在坐标纸上描绘铜电阻Rt图线，求出直线在纵轴的截距和斜率k，于是铜电阻的温度系数 =k/Rt 求出所测电阻的温度系数，并与公认值 进行比较。铜电阻的公认值 = 0.0043/,2.分别作合金和半导体材料的R-t曲线，说明合 金和半导体的温度特性。,再见！,
