實(shí)驗(yàn)6直流雙臂電橋

1、實(shí)驗(yàn)6直流雙臂電橋直流單臂電橋測量的電阻為中值電阻，其數(shù)量級一般在10 Q之間，可以忽 略導(dǎo)線和接觸電阻的影響。對于低值電阻，例如變壓器繞組的電阻，金屬材料的電阻等， 測量線路的附加電阻不能忽略。用單臂電橋測量將由于附加電阻的存在而給測量結(jié)果帶 來不可忽視的影響，為消除（或減小）附加電阻對測量結(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10-510Q之間的低值電阻。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯W(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)直流雙臂電橋測低值電阻的原理和方法。掌握測量低電阻的特殊性和采用四端接法的必要性。了解QJ42型直流雙臂電橋的面板結(jié)構(gòu)和使用方法。用QJ42型直流雙臂電橋測金屬材料的低電阻，

2、求金屬材料的電阻率。實(shí)驗(yàn)原理直流單臂電橋測低電阻的困難用直流單臂電橋測量電阻時，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。如果被測電阻為0.01Q，附加電阻的影響達(dá)到10%；如 果被測電阻為0.001Q，則完全被附加電阻所掩蓋而無法測量。J2圖62四端鈕電阻圖6 1附加電阻的影響四端鈕電阻的作用如圖6 -2,在電阻兩端外側(cè)再增加兩個接觸端鈕，就成為四端鈕電阻，其中、 為所要使用（或測量）的電阻。下面就電流表擴(kuò)大量程時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 Q，導(dǎo)線電阻 Q，導(dǎo)線在接線處的接觸電阻 Q，當(dāng)分流電阻 小到Q數(shù)量級以下時，附加電阻不可忽略。圖

3、63四端鈕電阻對附加電阻的轉(zhuǎn)移作用圖6-3a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63b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，對分流 的影響可忽略。圖6 -3c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”附加電阻的作用，所以低電阻都做成四個端鈕。通常， 外側(cè)兩個端鈕、 做得較粗大，使用時串入工作電路并通過較大電流，故

4、稱為“電 流端鈕”；中間兩個端鈕、 可把電阻上的電壓引出用作比較或測量，故稱為“電 壓端鈕”。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6-1，附加電阻的存在使低電阻 難以測量，把待測的低電阻 和比較臂 都做成四端鈕電阻，如圖6 -4a。ab圖64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)移到電源對角線，對測量結(jié)果沒有影響；、的接觸電阻歸入 和 中，且由于 、 很大而忽略；測量時，點(diǎn)代替了 A點(diǎn)， 點(diǎn)代替了。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

5、分別用R、R表示；測量時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，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，也隨之調(diào)節(jié)使=，這樣得到的= 中就不再含有附加電阻的影響；制作電橋時一般設(shè)計(jì)成電阻成對相等，即二、 二，并采用連軸同步調(diào)整結(jié)構(gòu)，從而保持調(diào)節(jié)中=。圖6-4b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)解決了測量低電阻中的附加電阻問題。雙臂電橋的平衡條件

6、見圖64b，當(dāng)檢流計(jì)G中無電流時，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=(6-1)又有(6-2)由B點(diǎn)和Q點(diǎn)的電位相等，有、，據(jù)此，對式6-1、6 -2運(yùn)用分和比定理很容易得到，從而=(6-3)式6-3就是直流雙臂電橋的平衡條件。所以，當(dāng)電橋平衡時=(6-4)由以上討論可知，作為測低值電阻的雙臂電橋具有不同于單臂電橋的如下特點(diǎn)：待測電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻都采用4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

7、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)成電阻成對相等(即 ，)，并采用 連軸同步調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)時兩組電阻同步變化，使之在任意位置均保持兩臂倍率相等。儀器介紹QJ42型直流雙臂電橋是測量11 Q以下電阻的直流平衡電橋，用來測量金屬的導(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0.000111Q。儀器使用的參考條件為：環(huán)境溫度201.5C，相對 濕度40%60%，儀器內(nèi)附電源36節(jié)1號干電池(并聯(lián)使用)，外接電源時，可接 1.5V容量大于10hA的直流電源，指

8、零儀表電流常數(shù)為2X10-6A/格，阻尼時間小于 4s。面板結(jié)構(gòu)和測量原理QJ42型直流雙臂電橋的面板示意圖和原理線路圖如圖6-6所示面板上左邊四個端鈕CPP2、C2為待測電阻的四端鈕接線柱。測量時，將待 測電阻Rx按圖6-7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 被測電阻呆，AP和BP為電位端引線，AC和BC為電流端引線，這樣接入被測電阻 可以減小附加電阻對測量結(jié)果的影響。12圖6-5 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

9、和旋入 使用。倍率調(diào)節(jié)分為X 1、X10-i、X10-2、X10-3、X10-4五檔，可根據(jù)待測電阻的阻 值范圍進(jìn)行選擇。使用方法電橋不用時，將倍率開關(guān)旋至短路位置。比較臂轉(zhuǎn)盤電阻的調(diào)節(jié)范圍為111Q。 接好待測電阻后，選擇適當(dāng)?shù)谋嚷?，接通電源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，動作要輕，注意阻尼影響。被測電阻的阻值 R =倍率X讀數(shù)盤示值.雙臂電橋因待測電阻XR，橋臂電阻R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)七號電池并聯(lián)使用。外接電源時，要求使用容量較大的蓄電 池或直流穩(wěn)壓電源。使用注意事項(xiàng)測量具有大電感的低值電阻時，由于電源斷開而出現(xiàn)

10、的感應(yīng)電動勢會沖擊指零 儀表，為防止損壞指零儀器，測量時應(yīng)先接通8，后接檢流計(jì)按鈕G；斷開時應(yīng)先斷開 G，后斷開B。四端鈕電阻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時，須采用短粗導(dǎo)線，連接要牢固。測量0.00010.0011 Q或儀器與被測電阻之間需要連接導(dǎo)線時，電位端引線AP1、BP2和電流端引線AC1, BC2的導(dǎo)線電阻應(yīng)小于0.01Q. 測量0.0001-0.01 Q的電阻時，工作電流較大，電源按鈕應(yīng)間歇使用。儀器使用時應(yīng)避免陽光曝曬，嚴(yán)防劇烈震動，初次使用和隔一定時間再使用之 前，應(yīng)將倍率開關(guān)和讀數(shù)盤旋動幾次，使接觸部分接觸良好，確保測量的準(zhǔn)確度。儀器長期不用時，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，R為測得導(dǎo)體材料的電阻值，為對應(yīng)于電阻R 的導(dǎo)體材料的長度。XX將銅導(dǎo)體材料上的四個接線端鈕，分別接入雙臂電橋中對應(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) 確測出5根銅導(dǎo)體材料的低電阻值。用游標(biāo)卡尺測出各銅導(dǎo)體材料的寬度D，用鋼直尺測出每個銅導(dǎo)體材料的長度 （對應(yīng)于阻值R的銅條的長度）。分別計(jì)入數(shù)據(jù)表格中。銅條厚度取1.0mm。數(shù)據(jù)處理計(jì)算銅導(dǎo)體材料的電阻率及其不確定度。分