單臂電橋的工作原理(詳細(xì))

1、單臂電橋的工作原理（1） 單臂電橋的結(jié)構(gòu)及原理直流單臂電橋又稱(chēng)惠斯登電橋，其原理電路如圖1（a）所示。圖中被測(cè)電阻Rx和R2、R3、R4三個(gè)已知電阻連接成四邊形。四個(gè)電阻的連接點(diǎn)a、b、c、d稱(chēng)為電橋的頂點(diǎn)；由這四個(gè)電阻組成的支路ac、cb、ad、bd稱(chēng)為橋臂。在電橋的兩個(gè)頂點(diǎn)a、b之間（一般稱(chēng)為電橋輸入端）接一個(gè)直流電源，而在電橋的另外兩個(gè)頂點(diǎn)c、d之間（一般稱(chēng)為電橋輸出端）接一個(gè)指零儀（檢流計(jì)）。當(dāng)電橋電源接通之后，調(diào)節(jié)橋臂電阻R2、R3和R4，使c、d兩個(gè)頂點(diǎn)的電位相等，即指零儀兩端沒(méi)有電位差，其電流Ig =0，這種狀態(tài)稱(chēng)為電橋平衡。當(dāng)電橋平衡時(shí)，有Rx=R2*R4 / R3上式中，R2

2、 /R3稱(chēng)為電橋的比率臂，電阻R4稱(chēng)為比較臂。當(dāng)電橋平衡時(shí)，可以由R2、R3和R4的電阻值求得被測(cè)電阻Rx。為讀數(shù)方便，制造時(shí)，使R2 /R3的值為十進(jìn)制倍數(shù)的比率，如0.1、1.0、10、100。等。這樣，Rx便為已知量R4的十進(jìn)制倍數(shù)，便于讀取被測(cè)量。 用電橋測(cè)電阻實(shí)際上是將被測(cè)電阻與已知標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較來(lái)確定被測(cè)電阻值，只要比率臂電阻和比較臂電阻R2、R3和R4足夠精確，Rx的測(cè)量準(zhǔn)確度也就比較高。直流單臂電橋的準(zhǔn)確度分為0. 01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0共8個(gè)等級(jí)。 由于上式是根據(jù)Ig=0得出的結(jié)論，所以指零儀必須采用高靈敏度的檢流計(jì)，以確保電橋的平

3、衡條件，從而保證電橋的測(cè)量精度。（2） QJ23型單臂電橋 電橋的種類(lèi)很多，圖1是常見(jiàn)的便攜式QJ23型單臂電橋的原理電路和面板圖，其準(zhǔn)確度為0.2級(jí)。比率臂R2 /R3由8個(gè)電阻組成，共有7個(gè)擋位，分別為“10-3”、“10-2”、“l(fā)0-l”、“1”、“10”、“102”和“103”,示于面板左上方的讀數(shù)盤(pán)上，由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)換接。比較臂R4由4個(gè)可調(diào)電阻箱串聯(lián)組成，這4個(gè)電阻箱分別由9個(gè)1、9個(gè)10、9個(gè)100、9個(gè)1000的電阻組成，它們示于面板右上方的讀數(shù)盤(pán)上，比較臂R4的值由面板上這4個(gè)讀數(shù)盤(pán)所示的電阻值相加而得。調(diào)節(jié)面板上的讀數(shù)盤(pán)，可得到09999范圍內(nèi)任意的電阻值。（a） 原理電路圖

4、 （b） 面板圖圖1 便攜式QJ23型單臂電橋l一倍率旋鈕；2一比較臂讀數(shù)盤(pán)；3檢流計(jì)電橋可用內(nèi)附檢流計(jì)，也可用外接檢流計(jì)。在面板左下方有三個(gè)接線(xiàn)柱，使用內(nèi)接檢流計(jì)時(shí)，用接線(xiàn)柱上的金屬片將下面兩個(gè)接線(xiàn)柱短接。檢流計(jì)上裝有鎖扣，可將可動(dòng)部分鎖住，以免搬動(dòng)時(shí)損壞懸絲。需要外接檢流計(jì)時(shí)，用金屬片將上面兩個(gè)接線(xiàn)柱短接（即將內(nèi)附檢流計(jì)短接），并將外接檢流計(jì)接在下面兩個(gè)接線(xiàn)柱上。電橋內(nèi)附有電源，需裝入1號(hào)電池三節(jié)。需要時(shí)（如測(cè)量大電阻時(shí)），也可外接電源，面板左上方有一對(duì)接線(xiàn)柱，標(biāo)有“+”、“一”符號(hào)，供外接電源用。面板中下方有2個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，其中“G”為檢流計(jì)支路的開(kāi)關(guān)；“B”為電源支路的開(kāi)關(guān)；面板右下方還

5、有一對(duì)接線(xiàn)柱，標(biāo)有“Rx”，用以連接被測(cè)電阻。（3）單臂電橋使用步驟 先打開(kāi)檢流計(jì)鎖扣，再調(diào)節(jié)指零儀，使指針位于零點(diǎn)。 將被測(cè)電阻接到標(biāo)有“Rx”的兩個(gè)接線(xiàn)柱之間，根據(jù)被測(cè)電阻Rx 的近似值（可先用萬(wàn)用表測(cè)得），選擇合適的倍率，以便讓比較臂的4個(gè)電阻都用上，使測(cè)量結(jié)果為四位有效數(shù)字，提高讀數(shù)精度。例如，Rx 8，則可選擇倍率0.001，若電橋平衡時(shí)比較臂讀數(shù)為8211，則被測(cè)電阻Rx為Rx = 倍率比較臂的讀數(shù)= 0.0018211=8. 211 ()如果選擇倍率為1，則比較臂的前3個(gè)電阻都無(wú)法用上，只能測(cè)得Rx = 18= 8()，讀數(shù)誤差大，失去用電橋進(jìn)行精確測(cè)量的意義。 測(cè)量時(shí)，應(yīng)先按電

6、源支路開(kāi)關(guān)“B”按鈕，再按檢流計(jì)“G”按鈕。若檢流計(jì)指針向“+”偏轉(zhuǎn)，表示應(yīng)加大比較臂電阻；若指針向“一”偏轉(zhuǎn)，則應(yīng)減小比較臂電阻。反復(fù)調(diào)節(jié)比較臂電阻，使指針趨于零位，電橋即達(dá)到平衡。調(diào)節(jié)開(kāi)始時(shí)，電橋離平衡狀態(tài)較遠(yuǎn)，流過(guò)檢流計(jì)的電流可能很大，使指針劇烈偏轉(zhuǎn)，故先不要將檢流計(jì)按鈕按死，要調(diào)節(jié)一次比較臂電阻，然后按一下“G”，當(dāng)電橋基本平衡時(shí)，才可鎖住“G”按鈕。 測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)先松開(kāi)“G”按鈕，再松開(kāi)“B”按鈕。否則，在測(cè)量具有較大電感的電阻時(shí)，因斷開(kāi)電源而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)會(huì)作用到檢流計(jì)回路，使檢流計(jì)損壞。電橋不用時(shí)，應(yīng)將檢流計(jì)鎖扣鎖住，以免搬運(yùn)時(shí)震壞懸絲。二利用電橋測(cè)量電阻的原理1.直流單臂電橋的

7、原理性電路如圖所示。它是由四個(gè)電阻Ra、Rb、R0、RX聯(lián)成一個(gè)四邊形回路，這四個(gè)電阻稱(chēng)做電橋的四個(gè)“臂”。在這個(gè)四邊形回路的一條對(duì)角線(xiàn)的頂點(diǎn)間接入直流工作電源，另一條對(duì)角線(xiàn)的頂點(diǎn)間接入檢流計(jì)，這個(gè)支路一般稱(chēng)做“橋”。適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)R0值，可使C、D兩點(diǎn)電位相同，檢流計(jì)中無(wú)電流流過(guò)，這時(shí)稱(chēng)電橋達(dá)到了平衡。在電橋平衡時(shí)有： RaIa=RbIb RXIX=R0I0 且 Ia=IX, Ib=I0 則上式整理可得： 為了計(jì)算方便，通常把Ra/Rb的比值選作成10n（n=0,1,2,）。令C=Ra/Rb，則： RX=CR0 可見(jiàn)電橋平衡時(shí),由已知的Ra、Rb（或C）及R0值便可算出RX。人們常把Ra、Rb稱(chēng)

8、做比例臂，C為比例臂的倍率；R0稱(chēng)做比較臂；RX稱(chēng)做待測(cè)臂。三運(yùn)用時(shí)的注意事項(xiàng) 1.聯(lián)好電路復(fù)查無(wú)誤、倍率C和比較臂R0的值均已選置好、保護(hù)電阻R處于保護(hù)狀態(tài)（K1斷開(kāi)）才許試接電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如接通電源瞬間檢流計(jì)指針錳偏撞針或一點(diǎn)不動(dòng)應(yīng)即斷電檢查原因。2.換測(cè)電阻時(shí)，一定要重新選置Ra、Rb和R0，預(yù)先使橋接近平衡，并且斷開(kāi)K1，使R處于保護(hù)狀態(tài)。改換電路必須先斷開(kāi)電源。3.調(diào)節(jié)電橋平衡時(shí)，應(yīng)采用接通一下檢流計(jì)支路看看偏轉(zhuǎn)大小，適當(dāng)調(diào)節(jié)R0再接通一下檢流計(jì)支路看看偏轉(zhuǎn)大小的辦法，不可使檢流計(jì)在通電情況下調(diào)R0，以免損壞檢流計(jì)或調(diào)節(jié)不精細(xì)。在調(diào)R0時(shí)要根據(jù)檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)大小和方向有目的地從高位至低位順次逼近調(diào)節(jié)，不應(yīng)盲目亂調(diào)。4.用伏安法測(cè)電阻，受所用電表內(nèi)阻的影響，在測(cè)量中往往引入方法誤差；用歐姆表測(cè)量電阻雖較方便，但測(cè)量精度不高。在精確測(cè)量電阻時(shí)，常使用電橋進(jìn)行測(cè)量。其測(cè)量方法同電位差計(jì)一樣同屬于比較測(cè)量法。5.所討論的是直流單臂電橋（又稱(chēng)惠斯登電橋），主要是用來(lái)