試驗(yàn)6直流雙臂電橋

1、實(shí)驗(yàn) 直流雙臂電橋直流單臂電橋測(cè)量的電阻為中值電阻，其數(shù)量級(jí)一般在 10 之間，可以忽 略導(dǎo)線和接觸電阻的影響。 對(duì)于低值電阻， 例如變壓器繞組的電阻， 金屬材料的電阻等， 測(cè)量線路的附加電阻不能忽略。 用單臂電橋測(cè)量將由于附加電阻的存在而給測(cè)量結(jié)果帶 來不可忽視的影響，為消除（或減?。└郊与娮鑼?duì)測(cè)量結(jié)果的影響， 在單臂電橋的基礎(chǔ) 上，通過改進(jìn)電路設(shè)計(jì)，發(fā)展成為雙臂電橋，一般用來測(cè)10-5 10 之間的低值電阻。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯W(xué)習(xí)要求1學(xué)習(xí)直流雙臂電橋測(cè)低值電阻的原理和方法。 2掌握測(cè)量低電阻的特殊性和采用四端接法的必要性。3了解 QJ42 型直流雙臂電橋的面板結(jié)構(gòu)和使用方法。4用 QJ42 型直

2、流雙臂電橋測(cè)金屬材料的低電阻，求金屬材料的電阻率。實(shí)驗(yàn)原理 直流單臂電橋測(cè)低電阻的困難 用直流單臂電橋測(cè)量電阻時(shí)，由導(dǎo)線電阻和連接處的接觸電阻帶來的附加電阻 和 R 大約為，如圖 6-1 。如果被測(cè)電阻為 0.01 ，附加電阻的影響達(dá)到 10%；如果被測(cè)電阻為 0.001 ，則完全被附加電阻所掩蓋而無法測(cè)量。J1P1P2圖 2 四端鈕電阻J2圖 6 1 附加電阻的影響2四端鈕電阻的作用如圖 -2，在電阻兩端外側(cè)再增加兩個(gè)接觸端鈕， 就成為四端鈕電阻， 其中 、 為所要使用 （或測(cè)量） 的電阻。 下面就電流表擴(kuò)大量程時(shí)分流電阻的接法說明四端鈕電 阻的作用。微安表的內(nèi)阻一般為 ，導(dǎo)線電阻 ，導(dǎo)線在

3、接線處 的接觸電阻 ，當(dāng)分流電阻 小到 數(shù)量級(jí)以下時(shí)，附加電阻不可忽略。b圖 四端鈕電阻對(duì)附加電阻的轉(zhuǎn)移作用圖 a 接法的分流電阻實(shí)際上包括和 A、B、C、D 四點(diǎn)的接觸電阻和 AC 、BD兩段導(dǎo)線的電阻。圖 3b 的分流電阻僅包括 和 C、D 兩點(diǎn)的接觸電阻； A、B 兩點(diǎn)的接觸電阻 和 AC、 BD 兩段導(dǎo)線的電阻歸入了微安表支路，而它們遠(yuǎn)小于微安表的內(nèi)阻，對(duì)分流 的影響可忽略。圖 c 中 A、 B、C、D 四點(diǎn)的接觸電阻以及 、 兩段導(dǎo)線的電阻都?xì)w入 了微安表支路而忽略，分流電阻的阻值就等于 、 之間的電阻值，該阻值可以做得 很準(zhǔn)確，從而保證了準(zhǔn)確分流?？梢?，四端鈕電阻有 “轉(zhuǎn)移”附加電

4、阻的作用， 所以低電阻都做成四個(gè)端鈕。 通常， 外側(cè)兩個(gè)端鈕 、 做得較粗大，使用時(shí)串入工作電路并通過較大電流，故稱為“電 流端鈕”；中間兩個(gè)端鈕 、 可把電阻上的電壓引出用作比較或測(cè)量，故稱為“電 壓端鈕”。3直流雙臂電橋的電路結(jié)構(gòu) 我們從單臂電橋出發(fā)，分析雙臂電橋該有怎樣的結(jié)構(gòu)。如圖-1，附加電阻的存在使低電阻 難以測(cè)量， 把待測(cè)的低電阻 和比較臂 都做成四端鈕電阻， 如圖 -4a。a b圖 4 單臂電橋演變成雙臂電橋 A 、C 兩點(diǎn)的問題得到了解決： 、 的接觸電阻轉(zhuǎn)移到電源對(duì)角線，對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響； 、 的接觸電阻歸入 和 中，且由于 、 很大而忽略； 測(cè)量時(shí)， 點(diǎn)代替了 A 點(diǎn)，

5、點(diǎn)代替了 C 點(diǎn)。 D 點(diǎn)的問題： D 、D 的接觸電阻和 D D 段導(dǎo)線電阻的總和用 r 表示， D 的接觸電阻和 D D 段導(dǎo)線電阻、 D 的接觸電阻和 D D 段導(dǎo)線電阻分別用 R 、 R 表示； 測(cè)量時(shí) D 和 D 電位不等，很容易想到 D 點(diǎn)取中，使 R =R 。如然，則只有 在 = 以及調(diào)節(jié)使 = 的情況下， 當(dāng) G 指示 B、D 電位相等時(shí)， 才是消除了附加 電阻影響下的 = 上述情況使得比例臂 必須為一不可調(diào)的定值 ，這就限 制了電橋的量程。 解決辦法：接入可調(diào)電阻 和 ，如圖 6-4b ： 和 電阻很大， 歸入 、 歸入 而忽略； 當(dāng)調(diào)節(jié)使 = 時(shí)，也隨之調(diào)節(jié)使 = ，這樣得

6、到的 = 中就不再含有附加電阻的影響； 制作電橋時(shí)一般設(shè)計(jì)成電阻成對(duì)相等，即 = 、 = ，并采用連軸同步 調(diào)整結(jié)構(gòu)，從而保持調(diào)節(jié)中 = 。圖 -4b 有 、 組成的外臂，還有 、 組成的內(nèi)臂，故稱為雙臂電橋。雙 臂結(jié)構(gòu)解決了測(cè)量低電阻中的附加電阻問題。4雙臂電橋的平衡條件見圖 4b，當(dāng)檢流計(jì) G 中無電流時(shí)， 和 上通過的電流相等， 和 上 通過的電流相等， 和 上通過的電流相等，于是有 = 、 = ，又因= ，所以=（ -1 ）又有（ -2）由 B 點(diǎn)和 D 點(diǎn)的電位相等，有 、 ，據(jù)此，對(duì)式 -1 、 -2 運(yùn)用分和比定理很容易得到 ，從而= =（ -3 ）式 -3 就是直流雙臂電橋的平

7、衡條件。所以，當(dāng)電橋平衡時(shí)=（ -4 ）5. 由以上討論可知， 作為測(cè)低值電阻的雙臂電橋具有不同于單臂電橋的如下特點(diǎn) ： 待測(cè)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻都采用端鈕接法，即將電流接頭和電壓接頭分開，從而 可把各部分的連線電阻和接觸電阻分別引入檢流計(jì)回路或電源回路， 使它們或者與電橋 平衡無關(guān)， 或者被引入大電阻的支路中以忽略其影響， 這就是雙臂電橋能避免或減小附 加電阻影響之道理所在。 、 和 、 是雙臂電橋的兩個(gè)比率臂，雙臂電橋在調(diào)節(jié)過程中，為了保持 恒等于 ，一般是設(shè)計(jì)成電阻成對(duì)相等（即 ， ），并采用連軸同步調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)時(shí)兩組電阻同步變化， 使之在任意位置均保持兩臂倍率相等。儀器介紹QJ42 型直

8、流雙臂電橋是測(cè)量 11 以下電阻的直流平衡電橋，用來測(cè)量金屬的導(dǎo)電 率、電機(jī)、變壓器繞阻的直流電阻、電刷、開關(guān)的接觸電阻以及各類低值直流電阻。儀 器的總有效量程為 0.000111。儀器使用的參考條件為：環(huán)境溫度20 1.5，相對(duì)濕度 40 60，儀器內(nèi)附電源節(jié)號(hào)干電池（并聯(lián)使用），外接電源時(shí)，可接-61.5容量大于 10hA 的直流電源，指零儀表電流常數(shù)為210-6A 格，阻尼時(shí)間小于4s。（ 1）面板結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理QJ42 型直流雙臂電橋的面板示意圖和原理線路圖如圖 -6 所示 面板上左邊四個(gè)端鈕 C1、 P1、 P2 、C2 為待測(cè)電阻的四端鈕接線柱。測(cè)量時(shí)，將待 測(cè)電阻 Rx 按圖 6

9、-7 所示的四端鈕接線法接在相應(yīng)的接線柱上，其中 A、B 兩點(diǎn)之間為 被測(cè)電阻 Rx ，AP1和 BP2為電位端引線， AC1和 BC2為電流端引線，這樣接入被測(cè)電阻 可以減小附加電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。圖-5 QJ42 型直流雙臂電橋的面板示意圖和原理線路圖 指零儀表上有調(diào)節(jié)機(jī)械零點(diǎn)的螺釘， 測(cè)量之前， 先檢查指針是否準(zhǔn)確指在零位。 指 零儀表下邊的按鈕 B 為電源開關(guān)按鈕， G 為檢流計(jì)開關(guān)按鈕， G 和 B 均可按下和旋入 使用。倍率調(diào)節(jié)分為 1、 10-1 、 10-2 、 10-3 、 10-4 五檔，可根據(jù)待測(cè)電阻的阻 值范圍進(jìn)行選擇。（2）使用方法 電橋不用時(shí)，將倍率開關(guān)旋至短路位

10、置。比較臂轉(zhuǎn)盤電阻的調(diào)節(jié)范圍為1 11 。接好待測(cè)電阻后，選擇適當(dāng)?shù)谋嚷剩油娫?B，再按下檢流計(jì)接通按鈕 G，調(diào)節(jié)讀數(shù) 盤，使檢流計(jì)指零。調(diào)節(jié)時(shí)，動(dòng)作要輕，注意阻尼影響。被測(cè)電阻的阻值 R x倍率讀數(shù)盤示值 . 雙臂電橋因待測(cè)電阻 Rx，橋臂電阻 RN以及附加電阻 r 都很小，故工作電流較大， 因而儀器的內(nèi)接電源為多節(jié)號(hào)電池并聯(lián)使用。 外接電源時(shí)， 要求使用容量較大的蓄電 池或直流穩(wěn)壓電源。（ 3）使用注意事項(xiàng) 測(cè)量具有大電感的低值電阻時(shí)，由于電源斷開而出現(xiàn)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)沖擊指零 儀表，為防止損壞指零儀器，測(cè)量時(shí)應(yīng)先接通B ，后接檢流計(jì)按鈕 G；斷開時(shí)應(yīng)先斷開G，后斷開 B 。 四端鈕電阻

11、的電流端與電壓端不允許混接，否則雙橋不能調(diào)節(jié)平衡，在連接Rx 與 R n 時(shí)，須采用短粗導(dǎo)線，連接要牢固。 測(cè)量 0.0001 0.0011或儀器與被測(cè)電阻之間需要連接導(dǎo)線時(shí)，電位端引線 AP1、BP2 和電流端引線 AC 1，BC 2的導(dǎo)線電阻應(yīng)小于 0.01. 測(cè)量 0.0001 0.01的電阻時(shí)，工作電流較大，電源按鈕應(yīng)間歇使用。 儀器使用時(shí)應(yīng)避免陽光曝曬，嚴(yán)防劇烈震動(dòng)，初次使用和隔一定時(shí)間再使用之 前，應(yīng)將倍率開關(guān)和讀數(shù)盤旋動(dòng)幾次，使接觸部分接觸良好，確保測(cè)量的準(zhǔn)確度。 儀器長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)將內(nèi)附電池取出，以防腐蝕機(jī)件。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用 QJ42 型直流雙臂電橋測(cè)銅導(dǎo)體材料的電阻率金屬材料的電阻率式中 S 為導(dǎo)體材料的橫截面積， Rx 為測(cè)得導(dǎo)體材料的電阻值，為對(duì)應(yīng)于電阻 Rx的導(dǎo)體材料的長(zhǎng)度。 將銅導(dǎo)體材料上的四個(gè)接線端鈕，分別接入雙臂電橋中對(duì)應(yīng)的四端鈕上，注意 用短粗導(dǎo)線連接牢固。 檢查檢流計(jì)的機(jī)械零點(diǎn)。根據(jù)銅導(dǎo)體材料的電阻值，選擇合適的比率，分別準(zhǔn) 確測(cè)出 5 根銅導(dǎo)體材料的低電阻值。 用游標(biāo)卡尺測(cè)出各銅導(dǎo)體材料的寬度D，用鋼直尺測(cè)出每個(gè)銅導(dǎo)體材料的長(zhǎng)度（對(duì)應(yīng)于阻值 Rx的銅條的長(zhǎng)度） 。分別計(jì)入數(shù)據(jù)表格中。銅條厚度取1.0mm。數(shù)據(jù)處理1. 計(jì)算銅導(dǎo)體材料的電阻率及其不確定度 。 分別計(jì)算各銅導(dǎo)體材料