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文檔簡介
模塊2
直流單臂電橋的使用與分析
一、教學(xué)目標終極教學(xué)目標:熟悉直流單臂電橋測量電阻的操作步驟,分析其工作原理。促成教學(xué)目標:熟練掌握歐姆定律的應(yīng)用理解電阻的串、并聯(lián)特性掌握電阻混聯(lián)電路的分析和計算過程動手采用直流單臂電橋測量電阻,理解其工作原理二、工作任務(wù)能采用直流單臂電橋測量電阻,當直流單臂電橋檢流計指示值為零的時候,計算各電阻中電流的大小。
三.實踐知識:
直流單臂電橋
電阻元件是直流電路中最重要的元件之一,有關(guān)電阻值的測量方法也多種多樣。通常最普遍的方法是直接采用萬用表來測量,只不過測量的結(jié)果誤差較大;實驗室里往往采用伏安法來測量,步驟比較煩瑣;要想精確的測量電阻阻值,直流電橋是最佳的測量儀表。直流電橋按其功能可分為直流單臂電橋和直流雙臂電橋,其中直流單臂電橋主要適合精確測量1Ω以上的電阻,所以使用比較廣泛。1.直流單臂電橋簡易原理圖
圖1-24是直流單臂電橋簡易原理圖,當電橋檢流計指示值為零的時候,才可以進行讀數(shù)。圖1-24直流單臂電橋簡易原理圖
3.直流單臂電橋測量過程
1)將被測電阻接入“Rx”接線柱兩端。估計被測電阻值,選擇比例臂的適當數(shù)值。檢查無誤后,先按下電源開關(guān)“B”,再按下檢流計按鈕開關(guān)“G”,(按鈕開關(guān)“B”“G”旋轉(zhuǎn)90°可鎖?。?,調(diào)節(jié)比較臂的四支旋鈕,使檢流計指針指“零”。此時電橋平衡,被測電阻值等于:比例臂讀數(shù)乘比較臂讀數(shù)(歐姆)。2)如無法估計被測電阻值,一般將比例臂放在1檔,比較臂放在1000歐上,按下“B”按鈕,然后輕按“G”按鈕后即松開,如檢流計指針晃向“+”的一邊,說明被測電阻大于1000歐,可把比例臂放在10檔,再次接下“B”、“G”按鈕,如果指針仍在“+”邊,可把比例臂放在100檔。如果開始時指針晃向“-”邊,則說明被測電阻小于1000歐,可把比例臂放在0.1檔或0.01檔上。如此,可得Rx的大約數(shù)值然后選定倍率,調(diào)節(jié)四個比較臂讀數(shù)盤,使檢流計平衡。4.直流單臂電橋使用注意事項:1)使用前先把檢流計鎖扣或短路開關(guān)打開,并調(diào)節(jié)調(diào)零器使指針或光點置于零位。
2)Rx接好后,先估計一下被測量的電阻阻值范圍,選擇合適的R2/R3比率,以保證比較臂R4的四檔電阻都能充分使用。例如:Rx為幾個歐姆時,應(yīng)選比率為0.001。
3)電源和檢流計按鈕的使用:測量時先按“電源”按鈕,再按“檢流計”按鈕。選定倍率后,若檢流計指針向“+”偏轉(zhuǎn),說明R4電阻小了,應(yīng)增加比較臂R4數(shù)值。反之,指針若向“—”偏轉(zhuǎn),則應(yīng)減小R4數(shù)值。測量完畢,先松開檢流計按鈕,后松開電源按鈕。特別是在測量具有電感的元件(如線圈)一定要遵守上述操作順序,否則將有很大的自感電動勢作用于檢流計,造成檢流計損壞。
4)在電橋調(diào)平衡過程中,不要把檢流計按鈕按死,應(yīng)是每改變一次比較臂電阻,按一次按鈕測量一次,直至檢流計偏轉(zhuǎn)較小時,再按死檢流計按鈕。
5)測量結(jié)束不再使用時,應(yīng)將檢流計的鎖扣鎖上。問題:為什么直流單臂電橋這種橋式結(jié)構(gòu)可以測量Rx阻值呢,它的工作原理是怎樣的?這就需要我們討論一下電阻的串并聯(lián)問題。四.理論知識1.電阻的串并聯(lián)1)電阻串聯(lián)電路設(shè)電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián),則
A.電流:各電阻順序連接,各電阻中流過的電流相同;
B.電壓:電路的總電壓等于各串聯(lián)電阻的電壓之和,即:
E.功率:電阻串連時,各電阻消耗的功率與電阻大小成正比,即電阻值大者消耗的功率大;等效電阻消耗的功率等于各串連電阻消耗功率的總和。2)電阻的并聯(lián)設(shè)電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián),則A.電壓:各電阻并聯(lián)連接,各電阻中兩端的電壓相同;B.電流:電路的總電流等于各并聯(lián)電阻的電流之和;(G=1/R為電導(dǎo))C.等效電阻:D.分流:若已知并聯(lián)電阻電路的總電流,求各分電阻上的電流稱分流。E.功率:電阻并聯(lián)時,各電阻消耗的功率與電阻大小成反比,即電阻值大者消耗的功率??;等效電阻消耗的功率等于各并連電阻消耗功率的總和。
②用分壓方法:從上題可得求解串、并聯(lián)電路的一般步驟:
A.求出等效電阻或等效電導(dǎo);
B.應(yīng)用歐姆定律求出總電壓或總電流;
C.應(yīng)用歐姆定律或分壓、分流公式求各電阻上的電流和電壓。判別電路的串并聯(lián)關(guān)系一般應(yīng)掌握下述四點:
A.看電路的結(jié)構(gòu)特點。若兩電阻是首尾相聯(lián)就是串聯(lián),是首首尾尾相聯(lián)就是并聯(lián)。
B.看電壓電流關(guān)系。若流經(jīng)兩電阻的電流是同一個電流,那就是串聯(lián);若兩電組上承受的是同一個電壓,那就是并聯(lián)。
C.對電路作變形等效。如左邊的支路可以扭到右邊,上面的支路可以翻到下面,彎曲的支路可以拉直等;對電路中的短線路可以任意壓縮與伸長;對多點接地可以用短路線相連。D.找出等電位點。對于具有對稱特點的電路,若能判斷某兩點是等電位點,則根據(jù)電路等效的概念,一是可以用短接線把等電位點聯(lián)起來;二是把聯(lián)接等電位點的支路斷開(因支路中無電流),從而得到電阻的串并聯(lián)關(guān)系。4)判別電路的串并聯(lián)關(guān)系練習(xí)題:求下列各電路中的等效電阻RAB.2.數(shù)值計算:如圖1-33,已知E=4.5V,R1=4Ω,R2=10Ω,R3=5Ω,當直流單臂電橋檢流計指示值為零的時候,計算各電阻中電流的大???解:當檢流計指示值為零時,即意味著b、c兩點同電位,R1與RX串聯(lián),R2與R3串聯(lián),然后兩者再并聯(lián)。電橋平衡時,RX=2Ω總電流I=E/R總=E/[(R1+RX)//(R2+R3)]=1.05AI1=(R2+R3)I/(R1+R2+R3+R4)=0.75AI2=I-I1=0.3A
II1I2五、拓展知識
直流雙臂電橋
直流單臂電橋只能測量1歐以上的電阻
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