引言

電橋種類繁多,但直流電橋是最基本的一種,它是學(xué)習(xí)其他電橋的基礎(chǔ)。早在1833年就有人提出基本的電橋網(wǎng)絡(luò),但一直未引起注意,直至1843年惠斯通才對(duì)其加以應(yīng)用,后人就稱之為惠斯通電橋。單臂電橋電路是電學(xué)中比較基本的一種電路連接方式,可測(cè)電阻范圍為1~1060。測(cè)量時(shí)將被測(cè)量量與已知量進(jìn)行比較而得到測(cè)量結(jié)果,因而測(cè)量精度高,加上方法巧妙、使用方便,所以得到了廣泛的應(yīng)用。

1直流電橋測(cè)電阻原理

如圖1所示,把四個(gè)電阻R1、R2、R0、Rx連接成四邊形,在一對(duì)角接點(diǎn)間接上電源,在另一對(duì)角接點(diǎn)間接上檢流計(jì),稱為電橋。B點(diǎn)和D點(diǎn)電勢(shì)相等,檢流計(jì)電流為零,則電橋平衡。調(diào)節(jié)可變電阻R0,使檢流計(jì)中的電流為0時(shí),電橋平衡,可得未知電阻Rx為Rx=R0(R2/R1),同時(shí)利用互易法可消除電阻R1、R2造成的誤差,即Rx=VR0R0'。

電橋是否平衡,是由檢流計(jì)有無偏轉(zhuǎn)來判斷的,而檢流計(jì)的靈敏度總是有限的,假設(shè)電橋在R1/R2=1時(shí)調(diào)到平衡,則有Rx=R0,這時(shí)若把R0改變一個(gè)微小量AR0,則電橋失去平衡,從而有電流IG流過檢流計(jì)。如果IG小到檢流計(jì)覺察不出來,那么人們會(huì)認(rèn)為電橋是平衡的,因而得到Rx=R0＋AR0,AR0就是由于檢流計(jì)靈敏度不夠高而帶來的測(cè)量誤差A(yù)Rx。引入電橋的靈敏度[2],定義為:

式中,ARx是在電橋平衡后Rx的微小改變量(實(shí)際上若是待測(cè)電阻Rx不能改變,可通過改變標(biāo)準(zhǔn)電阻R0的微小變化AR0來測(cè)電橋靈敏度):An是由于ARx引起電橋偏離平衡時(shí)檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)格數(shù),An越大,說明電橋靈敏度越高,帶來的測(cè)量誤差就越小。

2仿真分析

本文以科大奧銳仿真軟件為平臺(tái),自組式直流電橋測(cè)電阻仿真界面電路圖如圖2所示,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包含正確連線以及檢流計(jì)調(diào)零:調(diào)節(jié)直流電橋平衡如圖3所示:測(cè)量并計(jì)算待測(cè)電阻以及直流電橋的靈敏度等。

圖2自組式直流電橋測(cè)電阻仿真界面

圖3調(diào)節(jié)電橋平衡

數(shù)據(jù)的記錄與處理結(jié)果如表1和表2所示。

3結(jié)語

本文測(cè)得未知電阻阻值為563.2Q,電橋靈敏度為68.06Q?？拼髪W銳仿真界面操作簡單、清晰明了,可作為學(xué)生預(yù)習(xí)內(nèi)容,有助于教師順利開展惠斯通電橋實(shí)驗(yàn)以及其他拓展性實(shí)驗(yàn)。