直流单双臂电桥

直流单双臂电桥的专业介绍

我们都知道，任何测量过程都不可避免地存在着误差。因此，误差分析是一个完整的实验过程中不可缺少的重要环节。直流单双臂电桥在原来的物理实验课上，对于每一个实验，都包括相应的误差分析部分，比如系统误差的分析和计算、偶然误差的分析和计算、误差的合成与表达等等。而现在，情况有所变化，我们大家所熟悉的误差理论已经为国际计量界所淘汰，取而代之的是一种更科学，更合理，实际操作性更强的新的理论体系，叫做不确定度理论。在该理论中，对于任何测量过程，根据一定的程序，计算一个参数，叫做测量不确定度，用测量不确定度这个参数定量的评价测量的质量。测量不确定度越小，测量质量越高。适应这一转变，在现在的物理实验课上，我们也要求同学们应用不确定度理论来评价测量质量，而不再使用误差分析理论。
 

1. 是一种以微处理技术为基础的自动测量电感量L、电容量C、电阻值R、阻抗Z、品质因素Q、损耗角正切值D的智能化元件参数测量仪器，其工作稳定可靠，操作简便。其0.1％的基本精度和高分辨率的显示对于元件质量和可靠性的测量将有莫大的帮助。本仪器可广泛用于工厂、院校、研究所、计量质检部门等对各类元件参数进行高精度的测量。
2. 由于磁性材料对电流的敏感性及与以前仪器进行参数对比，故本仪器具有恒定内阻与非恒定内阻选择功能，一般磁性材料如电感、线圈等最好用恒定内阻方式（恒定电流）测量，而非磁性材料如电容、电阻等选用非恒内阻进行测量。当选择恒内阻方式测量时，应打开恒内阻选择开关，则选择的内阻30欧姆或100欧姆才有效。
4. 2612电容测量仪带分选功能，与2810相比仅没有电感测量相关功能而已，其它功能都一样。以下均以2810来加以说明。
5. 2775电感测量仪带分选功能，与2810相比仅没有电容测量相关功能而已，其它功能都一样。以下均以2810来加以说明。
6. 本仪器采用先进的测量原理和五端测量技术，可长期精确测量而无需专门调校。为保证仪器的精确测量，并可通过仪器的清零功能将存在于测试端的杂散电抗和引线电阻进行清“0”。本仪器主要由正弦信号发生器、精密量程电阻、鉴相器和高精度A／D转换器组成，而仪器的所有控制、测量、计算和显示均在MPU的控制下进行，这种构成使仪器达到了精度高、量程宽、速度快、稳定性好的特点。同时本仪器提供的简单的分选功能及易于设置分选极值的方法为大批量的分选器件提供了方便。
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9. 直流单双臂电桥那么，对于单臂电桥测量电阻这一测量过程，如何计算测量不确定度呢？具体计算步骤如下：
10. （1）计算仪器误差限Δins 。一定程度上，可以说，测量的好坏，决定于所使用的测量仪器的好坏。测量仪器的好坏用仪器的精度等级来表示，仪器的精度等级对测量的影响称为仪器误差，而仪器误差限对应仪器误差的上限。对于单臂电桥测量电阻这一测量过程，相应的仪器误差限等于
11.                                                   （2）
12. 其中K就是单臂电桥的精度等级，标示在单臂电桥的铭牌上； RX是待测电阻值，见（1）； RN是RX的数量级，比如，经过测量，RX等于432.1Ω，因为RX是几百欧姆的电阻，因此，取RN为102；又比如，经过测量，RX等于5678Ω，因为RX是几千欧姆的电阻，因此，取RN为103。总之，RN是RX的数量级。
13. （2）计算灵敏度误差限Δs
14.         要搞清楚什么是灵敏度误差限，如何计算灵敏度误差限，必须首先搞清楚另外一个问题：什么是单臂电桥的灵敏度？
15. 单臂电桥的灵敏度 S=，单位：格/欧姆。定义为：当电桥处于平衡状态时，待测电阻的变化引起的检流计指针的偏转程度。灵敏度越大，检流计对于待测电阻的变化越敏感，我们对于电桥的平衡状态的判断越准确，测量质量越高。
16. 电桥的灵敏度也是影响测量质量的一个主要因素。电桥的灵敏度对测量的影响称为灵敏度误差，而灵敏度误差限对应灵敏度误差的上限。灵敏度误差限Δs与电桥的灵敏度的关系是
17. Δs=0.2格/S        单位：欧姆                                   （3）
18. 灵敏度S越大，灵敏度误差限Δs越小，测量质量越高。其中的0.2格是计量上的一个约定。当检流计偏转量比较大时，人的眼睛容易分辨；当检流计偏转量很小很小时，人的眼睛无法分辨。能够分辨和无法分辨的界限，计量上约定为0.2格，即检流计最小刻度的1/5。
19. 只有知道了电桥的灵敏度S，才能计算灵敏度误差限Δs。在我们今天的实验中，待测电阻RX是给定的，无法改变。因此，不能直接用灵敏度的定义式来测量电桥的灵敏度S。当电桥处于平衡状态时，待测电阻RX的变化可以引起检流计的偏转，比较臂电阻R3的变化也可以引起检流计同样的的偏转。因此，在今天的实验中，我们用比较臂电阻R3的变化等效待测电阻RX的变化，从而测量电桥的灵敏度S，具体计算公式是：
20.         单位：格/欧姆                       （4）
21. 公式（4）的推导要用到公式（1）。其中R1、R2、R3对应电桥的平衡状态。在平衡状态时改变比较臂电阻R3到R3'，相应地检流计偏转了Δn格，从而求得电桥的灵敏度S。应用（3）就可以求得灵敏度误差限Δs。
23. （3）计算测量不确定度
24. 下标表示待测电阻RX的不确定度。
25. （1）中我们讨论了电桥的精度等级是影响测量的一个重要因素；（2）中我们讨论了电桥的灵敏度也是影响测量的一个重要因素。在单臂电桥测量电阻的过程中，影响测量质量的因素很多，但主要因素就这两个。我们忽略其他次要因素，从而求得测量不确定度为
26.                     单位：欧姆             （5）
27. 测量不确定度是仪器误差限和灵敏度误差限的合成，因为仪器误差和灵敏度误差是两个独立的变量，因此合成时采用了矢量合成的形式。其中的系数是因为仪器误差限和灵敏度误差限对应的都是误差上限，而测量不确定度对应的不是误差上限，而是一倍标准差。要把直流单双臂电桥误差限和灵敏度误差限化为一倍标准差就需要乘一个系数。