中国民航大学：《大学物理实验》课程教学资源（PPT课件讲稿）直流单臂电桥

直流单臂电桥实验 刘金环

直流单臂电桥实验 刘金环

实验秀 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

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

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

◼ 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： ■ 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

预习要点 ◼ 单臂电桥的电路结构； ◼ 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

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Ro、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 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 R 和UD进行比较。Rx是待测电阻， R1、R2是已知电阻，R0是可调节 可读数的标准电阻

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、R2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R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=0,1=x,12=0,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： IR1=I2R2 Ix RX=IoRo B L 所以 R _R R R 此式是电桥平衡的条件， 称为电桥平衡公式。 E

◼ 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 R R R R 1 x 2 0 = 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。 R,Ro(1+at 式中Rt是导体在温度为tC时的电阻值；R,为导体 在0C时的电阻值；称为电阻的温度系数。 严格地说，各种导体的温度系数α和温度有关 但在0℃~100°C范围以内，值变化很小，可认 为不变

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0℃～100℃范围以内，值变化很小，可认 为不变。 (1 ) 0 R R t t = +

康铜、锰钢等合金，电阻几乎不随温度变化，α 值很小，约为0.2×104/℃。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 E 式中，E和R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

◼ 康铜、锰钢等合金，电阻几乎不随温度变化，α 值很小，约为0.2×10-4/℃。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 kT E R R e = 0 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