惠斯登电桥测量灵敏度分析

李伟　陈红斌

【摘 要】分析了惠斯登电桥测量电阻的灵敏度问题，推导出电桥灵敏度与电源电压、检流计灵敏度、总阻值和比例臂电阻有关。并针对传统的惠斯登电桥测电阻实验装置存在的不足，研制出了立体式电桥实验仪，实验结果表明能够有效提高测量精度。

【关键词】惠斯登电桥；检流计；灵敏度；电动势

【Abstract】By exploring the sensitivity of Wheatstone bridge， it is related to the supply voltage，the galvanometer， the total resistance value and the resistance value of ratio arm. In order to avoid the deficiency of traditional Wheatstone bridge in the measurement of resistance， a new Stereo electric bridge experimental instrument is developed. It is shoving that the accuracy of measurement could be improved.

【Key words】Wheatstone bridge； Galvanometer； Sensitivity； Electromotive force

0 引言

用惠斯登电桥测电阻是比较传统的大学物理实验，惠斯登电桥测量灵敏度高低关系到测量结果的精确与否，惠斯登电桥特性的研究对于改进物理实验教学以及测量技术的提高都有着现实而深远的意义。构成惠斯登电桥的主要元器件有电源、桥臂电阻、平衡监测毫伏表（或电流计），这些元器件对惠斯登电桥特性都有各自的作用与影响。本文从电桥灵敏度的基本概念出发，根据其于电路参数之间的关系，提出了改进方案，并通过实验进行了验证。

1 影响惠斯登电桥灵敏度的因素

在电桥平衡时，当某个电阻改变一个微小量ΔR，引起检流计指针偏转的格数为Δα，则定义电桥的相对灵敏度为：

可以看出，影响电桥灵敏度的因素有电桥两端电压、桥臂电阻、检流计的灵敏度及内阻等，可以通过采取如下措施来提高电桥灵敏度：

1.1 在不超过桥臂电阻额定功率的情况下，加大电源电压，可以提高电桥的灵敏度。

1.2 由公式（1）可以看出，电桥灵敏度与检流计的灵敏度成正比，所以，惠斯登电桥应选用灵敏度比较高的检流计。

1.4 适当减小桥臂电阻R1+R2+R3+R4，尽量将桥臂配置成均匀状态，即四臂电压相等。

2 存在的问题及改进办法

用惠斯登电桥测电阻，在提高灵敏度的同时会受到诸多因素的制约。有时灵敏度越高反而给设计、选配、调整、测量带来的难度越大。一个常见的问题是在高灵敏度而状态下电桥无法调到平衡，即无法实现检流计指针指零。二是采用传统的电磁式仪表显示方式，受人眼最小分辨率的限制，在电流很小的情况下未能察觉出检流计指针的偏转， 我们就会认为电桥仍是平衡的，从而得出错误的结论。

我们分别用传统的实验仪器和立体式电桥实验仪对2KΩ的标准电阻进行了测量，其结果如表1所示。可以看出，采用立体式电桥实验仪测量的准确度比传统仪器要高。使用效果表明，该仪器能够有效提高实验结果的准确度，有助于加强学生对实验原理的理解，并可强化学生的动手能力、思维分析和解决问题等能力，对学生的创新能力也有一定的启迪作用。

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[责任编辑：汤静]