開爾文電橋測電阻及用Visual Basic處理測量數(shù)據(jù)

阿不都拉·阿吉，木扎帕爾·阿迪力，楊占金

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830052）

開爾文電橋是惠斯登電橋的改進(jìn)與發(fā)展，開爾文電橋的特點(diǎn)在于用四端電阻法測量低電阻。用它測量不同金屬棒的電阻和電阻率時，不確定度的計(jì)算問題比較繁瑣。采用Visual Basic編程解決了以上的計(jì)算困難［1－2］。

1 實(shí)驗(yàn)原理

圖1 開爾文電橋

開爾文電橋用四端電阻法測量低電阻。圖1為開爾文電橋電路圖，電橋平衡時，檢流計(jì)中無電流。因此，通過橋臂R1、R2的電流I1相等，通過橋臂Rx、RN的電流I3相等，通過R3、R4的電流I2也相等。因此可以推出待測電阻為R＝，式x中RN為電橋中的標(biāo)準(zhǔn)電阻［3］。如果給出作為標(biāo)準(zhǔn)電阻的金屬棒單位長度的電阻值α，那么根據(jù)電橋平衡時B4C2段處標(biāo)尺讀數(shù)LN的值，便可求得標(biāo)準(zhǔn)電阻RN＝α·LN。再由電橋平衡條件得到待測電阻

式中：α＝1.92×10－5Ω／m。

2 不確定度的推導(dǎo)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差傳遞公式電阻率的不確定度為

式（3）中ud和uL是測量金屬棒直徑和長度的不確定度，它們由公式分別計(jì)算，其中uA和uB是測量金屬棒直徑和長度的A類和B類不確定度，它們又分別由公式計(jì)算。另外式（3）中uRx／Rx是測量電阻時發(fā)生的相對誤差，其相對誤差與電橋的靈敏度有關(guān)。而電橋靈敏度為因此電橋測量值R的相對誤x差為

3 記錄數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)用Visual Basic程序編程，得到界面中呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理和記錄數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理［4－6］。圖2為記錄數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理的界面部分。

圖2 VB編程的界面圖

4 結(jié) 論

通過設(shè)計(jì)Visual Basic程序，實(shí)驗(yàn)者做完實(shí)驗(yàn)以后將所測量的數(shù)據(jù)輸入“記錄數(shù)據(jù)”空格后，點(diǎn)擊命令按鈕計(jì)算，即可得到所測金屬棒電阻率的不確定度。該程序使得復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理變得快捷、準(zhǔn)確。該程序不但提高了實(shí)驗(yàn)的效率，實(shí)驗(yàn)教師也可利用該程序檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果，評定實(shí)驗(yàn)成績。更重要的是物理實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)課程在教學(xué)上緊密配合，以此培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

［1］朱肖平.用Visual Bosic編制物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及評價軟件［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2002，21（8）：72－75.

［2］劉科，周曉林.基于Lab VIRE的大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——以“單臂電橋法測電阻”為例［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012，24（6）：81－86.

［3］王禮，蓋立平.VB 6.0在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用［J］.數(shù)理醫(yī)學(xué)雜志，2010，23（3）：366－368.

［4］王禮，蓋立平.VB 6.0在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用［J］.數(shù)理醫(yī)學(xué)雜志，2010，23（3）：366－368.

［5］孫文斌.VB語言在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2005，22（4）：121－122.

［6］劉彬彬，安劍.Visual Basic從入門到精通［M］.2版.北京：清華大學(xué)出版社，2010：138－364.