自组式直流电桥测电阻仿真实验

引言

电桥种类繁多,但直流电桥是最基本的一种,它是学习其他电桥的基础。早在1833年就有人提出基本的电桥网络,但一直未引起注意,直至1843年惠斯通才对其加以应用,后人就称之为惠斯通电桥。单臂电桥电路是电学中比较基本的一种电路连接方式,可测电阻范围为1~1060。测量时将被测量量与已知量进行比较而得到测量结果,因而测量精度高,加上方法巧妙、使用方便,所以得到了广泛的应用。

1直流电桥测电阻原理

如图1所示,把四个电阻R1、R2、R0、Rx连接成四边形,在一对角接点间接上电源,在另一对角接点间接上检流计,称为电桥。B点和D点电势相等,检流计电流为零,则电桥平衡。调节可变电阻R0,使检流计中的电流为0时,电桥平衡,可得未知电阻Rx为Rx=R0(R2/R1),同时利用互易法可消除电阻R1、R2造成的误差,即Rx=VR0R0'。

电桥是否平衡,是由检流计有无偏转来判断的,而检流计的灵敏度总是有限的,假设电桥在R1/R2=1时调到平衡,则有Rx=R0,这时若把R0改变一个微小量AR0,则电桥失去平衡,从而有电流IG流过检流计。如果IG小到检流计觉察不出来,那么人们会认为电桥是平衡的,因而得到Rx=R0＋AR0,AR0就是由于检流计灵敏度不够高而带来的测量误差ARx。引入电桥的灵敏度[2],定义为:

式中,ARx是在电桥平衡后Rx的微小改变量(实际上若是待测电阻Rx不能改变,可通过改变标准电阻R0的微小变化AR0来测电桥灵敏度):An是由于ARx引起电桥偏离平衡时检流计的偏转格数,An越大,说明电桥灵敏度越高,带来的测量误差就越小。

2仿真分析

本文以科大奥锐仿真软件为平台,自组式直流电桥测电阻仿真界面电路图如图2所示,实验内容包含正确连线以及检流计调零:调节直流电桥平衡如图3所示:测量并计算待测电阻以及直流电桥的灵敏度等。

图2自组式直流电桥测电阻仿真界面

图3调节电桥平衡

数据的记录与处理结果如表1和表2所示。

3结语

本文测得未知电阻阻值为563.2Q,电桥灵敏度为68.06Q。科大奥锐仿真界面操作简单、清晰明了,可作为学生预习内容,有助于教师顺利开展惠斯通电桥实验以及其他拓展性实验。