直流雙臂電橋工作原理

1、直流雙臂電橋的工作原理直流雙臂電橋又叫凱爾文電橋，其工作原理電路如圖1所示，圖中Rx是被測電阻，Rn是比較用的可調(diào)電阻。Rx和Rn各有兩對端鈕，C1和C2、Cn1和On2 是它們的電流端鈕，P1和P2、Pn1和Pn2是它們的電位端鈕。接線時必須使被 測電阻Rx只在電位端鈕P1和P2之間，而電流端鈕在電位端鈕的外側(cè)，否則就 不能排除和減少接線電阻與接觸電阻對測量結(jié)果的影響。比較用可調(diào)電阻的電流 端鈕Cn2與被測電阻的電流端鈕C2用電阻為r的粗導(dǎo)線連接起來。R1、R1'、R2 和R2'是橋臂電阻，其阻值均在IO Q以上。在結(jié)構(gòu)上把R1和R'1以及R2和R2' 做成同

2、軸調(diào)節(jié)電阻，以便改變 R1或R2'的同時，R1'和R2'也會隨之變化，并能 始終保持(3-14)R1_R2測量時接上RX調(diào)節(jié)各橋臂電阻使電橋平衡。此時，因?yàn)?Ig二0,可得到被 測電阻Rx為(3-15)圖1直流雙臂電橋工作原理電路可見，被測電阻Rx僅決定于橋臂電阻Rz和R1的比值及比較用可調(diào)電阻 Rn 而與粗導(dǎo)線電阻r無關(guān)。比值R2/R1稱為直流雙臂電橋的倍率。所以電橋平衡時被測電阻值=倍率讀數(shù)X比較用可調(diào)電阻讀數(shù)因此，為了保證測量的準(zhǔn)確性，連接Rx和Rn電流端鈕的導(dǎo)線應(yīng)盡量選用導(dǎo) 電性能良好且短而粗的導(dǎo)線。只要能保證八 '',R1、R1'、R2

3、和R2'均大于1OQ , r又很小，且接線正確，直流雙臂電橋就可較好地消除或減小接線電阻與接觸電阻的影響。因此，用直流雙臂電橋測量小電阻時，能得到較準(zhǔn)確的測量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)簡介電阻按照阻值大小可分為高電阻（100K1以上）、中電阻（1100K1）和低電 阻（1門以下）三種。一般說導(dǎo)線本身以及和接點(diǎn)處引起的電路中附加電阻約 為0.1門，這樣在測低電阻時就不能把它忽略掉。對惠斯通電橋加以改進(jìn)而成的 雙臂電橋（又稱開爾文電橋）消除了附加電阻的影響，適用于 10-5102門電阻的測 量。本實(shí)驗(yàn)要求在掌握雙臂電橋工作原理的基礎(chǔ)上，用雙臂電橋測金屬材料的電阻率。實(shí)驗(yàn)原理我們考察接線電阻和接觸電阻是怎樣

4、對低值電阻測量結(jié)果產(chǎn)生影響的。例如用安培表和毫伏表按歐姆定律 R= V/1測量電阻Rx，電路圖如圖1所示，2所示?？紤]到電流表、毫伏表與測量電阻的接觸電阻后，等效電路圖如圖 由于毫伏表內(nèi)阻Rg遠(yuǎn)大于接觸電阻Ri3和Ri4，因此他們對于毫伏表的測量影響可 忽略不計，此時按照歐姆定律 R= V/1得到的電阻是（Rx+ Rii+ Ri2）。當(dāng)待測電 阻Rx小于1 時，就不能忽略接觸電阻 Rii和Ri2對測量的影響了。因此，為了消除接觸電阻對于測量結(jié)果的影響，需要將接線方式改成下圖 3方式，將低電阻Rx以四端接法方式連接，等效電路如圖4。此時毫伏表上測得電眼為Rx的電壓降，由Rx = V/1即可準(zhǔn)測計

5、算出Rx。接于電流測量回 路中成為電流頭的兩端（A、D），與接于電壓測量回路中稱電壓接頭的兩端 （B、 C）是各自分開的，許多低電阻的標(biāo)準(zhǔn)電阻都做成四端鈕方式。根據(jù)這個結(jié)論，就發(fā)展成雙臂電橋，線路圖和等效電路圖、和圖所示。標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn電流頭接觸電阻為Rini、R in2，待測電阻Rx的電流頭接觸電阻為 Rixi、R ix2，都連接到雙臂電橋測量回路的電路回路內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓頭接觸電 阻為Rn1、R n2，待測電阻Rx電壓頭接觸電阻為Rx1、Rx2，連接到雙臂電橋電壓 測量回路中，因?yàn)樗鼈兣c較大電阻 Ri、R 2、R3、R相串連，故其影響可忽略。RGRiHiR%IRn由圖"和圖，當(dāng)電橋

6、平衡時，通過檢流計G的電流Ig = 0, C和D兩點(diǎn)電位相等，根據(jù)基爾霍夫定律，可得方程組（1）R R通過聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)，同時調(diào)節(jié) Ri、R 2、R3、R，使得 成立，則（2）式中解方程組得D _ A 丄脈巧£L. t%遛l耐十場+耳=占忌+厶耳Au K£ u2禺=蠱十F屈 為=4）1二站遲=禺）、JLOL K%圖5雙臂電橋電路dllriE KR.圖舀雙臂電橋電路等效電路Rx和標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn的接觸電阻Rin1、R ix2均包括在低電阻導(dǎo)線第二項(xiàng)為零，待測電阻Ri內(nèi)，則有實(shí)際上即使用了聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)，也很難完全做到。為了減小 式兔R中第二項(xiàng)的影響，使用盡量粗的導(dǎo)線以減小電阻Ri的阻

7、值（RivO.OO們），使（2）式第二項(xiàng)盡量小，與第一項(xiàng)比較可以忽略，以滿足式。學(xué)習(xí)重點(diǎn)熟悉雙臂電橋的原理、特點(diǎn)和接線方法。掌握測量低電阻的特殊性和采用四端接法的必要性。了解金屬電阻率測量方法的要點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)所使用儀器有 QJL型雙臂電橋（二級）、JWY型直流穩(wěn)壓電源（5A15V）、電流表（5A）、Rp電阻、雙刀雙擲換向開關(guān)、0.0010標(biāo)準(zhǔn)電阻（0.01級）、超低電阻（小于0.001。）連接線、低電阻測試架（待測銅、鋁棒各一根）、 直流復(fù)射式檢流計（AC15/4或6型）、千分尺、導(dǎo)線等。標(biāo)準(zhǔn)電阻未堀電阻（?。┪磽e電阻f單）栓潦計電海（兩）R110 10X10X10X1OR2©

8、電溥（兩）K1袒 剤短路雙臂電橋面板棒材金屬測試架實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用雙臂電橋測量金屬材料（銅棒、鋁棒）的電阻慮 ，先用（3）式測量Rx,再用求L 11 將銅棒安裝在測試架上，按實(shí)驗(yàn)電路圖接線。選擇長度為込cm,調(diào)節(jié)Ri，R2為1000調(diào)節(jié)R使得檢流計指示為0,讀出此時R 的電阻值。利用雙刀開關(guān)換向，正反方向各測量3組數(shù)據(jù)。2 選取長度40cm,重復(fù)步驟1。3 在6個不同的未知測量銅棒直徑并求 D的平均值。4計算2種長度的和匸，再求。5 取40cm長度，計算測量值 站勺標(biāo)準(zhǔn)偏差6 將銅棒換成鋁棒，重復(fù)步驟1至5。實(shí)驗(yàn)電路圖注意事項(xiàng)按線路圖電流回路接線，標(biāo)準(zhǔn)電阻和未知電阻連接到雙臂電橋時注意電壓頭接線順序。先將鋁棒（后測銅棒）安裝在測試架刀口下面，端頭頂?shù)轿宦萁z擰緊。檢流計在X1和X0.1檔進(jìn)行調(diào)零、測量，不工作時撥到短路檔進(jìn)行保護(hù)。思考題如果將標(biāo)準(zhǔn)電阻和待測電阻電流頭和電壓頭互換，等效電路有何變化， 有什么不好？在測量時，如果被測低電阻的電壓頭接線電阻較大（例如被測電阻遠(yuǎn)離 電橋，所用引線過細(xì)過長等），對測量準(zhǔn)確度有無影響？設(shè)計性內(nèi)容自行設(shè)計一種簡單易行的測量低電阻方法。將測量結(jié)果與雙臂電橋測量 結(jié)果進(jìn)行比較與評價。1）解方程組得應(yīng)3 場+ R j I角應(yīng)通過聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)，同時調(diào)節(jié)B.? RiRi、R 2、R3、R,使得成立，則（2）式中Rx和標(biāo)準(zhǔn)電阻