Digital electric bridge potentiometer experimental instrument
摘要：根据传统的用惠斯登电桥测电阻和用电位差计测量电动势的实验装置存在的不足，研制出了数字化电桥电位差计实验仪。按照实验需要进行不同的组合，便可用于测电阻或电源电动势和内阻，并且提高了测量精度。
关键词：电桥，电位差计，电阻，电动势
Abstract：In order to avoid the deficiency of Wheatstone electric bridge and potential difference meter in the measurement of resistance and electromotive force, a new digital assembled electric bridge potentiometer experimental instrument is developed. With the different arrangement, resistance or battery force and its inside resistance can be detected.
Keywords：electric bridge ; potential difference meter; resistance; electromotive force;
1引言
测量仪器的数字化、模块化是仪器的发展方向[1,2]。用惠斯登电桥测电阻和用电位差计测量电动势都是比较传统的大学物理实验。相对现代科技来说，传统实验仪器有两个缺陷，一是用分散的多种仪器、配件等组成，实验时让学生根据实验原理进行组装测量。这种仪器组合实验虽然能比较有效训练学生的实验能力，但由于仪器件数多，对于物理基础不太好的学生来说，操作起来手忙脚乱，很难理出头绪。二是仍然在使用传统的数据采集与电磁式仪表显示方式，这使得学生在未来的工作岗位中不能很好地掌握数字化仪表的运用，因而传统实验仪器不能很好训练学生的实践技能。
针对传统仪器的上述缺点，并根据这两项实验仪器有许多相同的优势，我们成功研制了数字化组合式电桥电位差计实验仪（现由南京激光仪器厂生产）。这套实验仪是一个创新型、综合型、研究型、组装式实验仪，它不仅继承了传统仪器操作的优点，还可以根据不同的需要选择不同的组合测量电阻、电动势和电池内阻等，而且是一种新型的数字化组合式组合仪器，对学生的创新能力也有一定的启迪作用。
2．仪器构成
 


3测量原理
3.1电阻测量

              

 

3.2电动势测量
为了使电源内部没有电流通过而精确地测定电源的电动势，需要应用补偿电路。补偿电路由待测电源、输出电压可调电源、灵敏电流计组成。待测电源和可调电源通过电流计并联在一起。两个电源电动势大小相等时，电流计的指针不偏移，电路中没有电流，电路达到了补偿。这种测定电源电动势的方法称为补偿法 [3-4]。由补偿原理构成的测量电动势

将立体式电桥电位差计实验仪的电源1米电阻丝、标准电源（待测电源）、灵敏电流计联接成回路。便可测量电源电动势。将待测电源的两端并联一个电阻 ，还可测出待测电源的内阻。

4使用效果
4.1 提高了实验结果的准确度
我们用2K 的标准电阻、1.458V的标准电源分别用传统的实验仪器和组合式电桥电位差计实验仪进行了测量，其结果如表所示。从表1和表2可以看出，采用数字化组合式电桥电位差计测量的准确度比传统仪器要高。
4.2 有效提高了学生的实验技能
  实验箱虽然把电桥、电位差计测量所需的仪器都集装在一个箱子内，但彼此之间是独立的。实验时，学生必须根据实验原理自己动手进行组装连接。可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，保证了实验技能的有效训练。
4.3 便于实验操作和管理
   实验箱结构的配置，是以尽量根据实验原理的图形和方便实验操作为前提的原则下制成的。实验时，便可根据实验原理，思路较清晰地连接成回路，避免了以前地混乱现象，使实验氛围显得和谐整洁。对仪器的整理和保管也显得很方便。 同时，仪器采用组合式结构，而且一仪多用。是开发多功能实验箱的一种尝试。
5. 总结
本文创新之处：设计了一种数字化组合式电桥电位差计实验仪，该仪器有效避免了传统的用惠斯登电桥测电阻和用电位差计测量电动势的实验装置存在的不足，可以根据不同的需要选择不同的组合测量电阻、电动势和电池内阻等。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。

参考文献：
[1] 杜  刚 姜景捷 徐宏君，新一代数字化热导仪的设计[J]. 微计算机信息，2005.5.P169-170.
[2] 胡文江，江杰，李杰，全数字化车辆仪表的应用研究[J]. 微计算机信息，2006, 35, 220-222
[3] 王克强，潘玲珠.通用物理实验[M].广州：中山大学出版社，2005.59－70.
[4] 陈克勋，安宝卿.大学物理实验[M].西安：西安交通大学出版社，1988.96－100.