实验原理
用惠斯登电桥测量电阻的范围一般在之间,为中电阻。对
以下的电阻,例如金属材料的电阻,变压器的线绕电阻等低值电阻来说,测量线路的附加电阻(一般为
)不能忽略,因此惠斯登电桥不能用来测量低值电阻。双臂电桥也称凯尔文电桥,是在惠斯登电桥的基础上发展起来的,它使用了四端钮电阻,如图1所示,可以消除附加电阻对测量结果的影响。
图1 四端钮电阻
实际的双臂电桥如图2所示。图中的阻值总和为
;
与电源内阻串联;
与
串联;
与
串联;
与
与
串联。因为
和电源的内阻远大于跟它们串联的附加电阻,故附加电阻的影响可以忽略。而
的影响可以通过调节
的阻值消去。调节
和
,使流过检流计的电流
时,电桥即达到平衡。
图2 双臂电桥电路图
电桥平衡时有
,
若满足,则上式右边的第二项为零,于是有凯尔文电桥的平衡公式:
在实际的电桥中,为保证,此部分被做成了一种特殊的结构,即将
采用所谓的双十进电阻箱。在这种电阻箱里,两个相同十进电阻的转臂连接在同一转轴上,转轴在任何一个位置都保持
。
和
可用两个电阻箱将
和
调到两相等的定值(
)。
(2)电阻率的测量
金属材料的电阻率由下式给出
式中的为金属棒的横截面积;
为电阻值,
为电阻对应的金属材料的长度,
为金属材料的直径。
金属电阻的阻值随温度
成正比变化,它与温度的关系可由下面的经验公式给出:
式中的是温度在零度时的电阻值;
为电阻的温度系数。对于纯金属电阻而言,当温度不太高时,电阻和温度的关系可近似为直线,用公式表示为:
若以温度为横坐标,
为纵坐标在直角坐标纸上作图,则纵轴的截距是
,直线斜率是
,从而可以求出该金属电阻的温度系数。我们也可以用最小二乘法求出。