直流雙臂電橋.doc

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1、直流雙臂電橋測(cè)低值電阻電阻按照阻值大小區(qū)分，大致可分三類：在1Ω以下的為低電阻；在1Ω～100kΩ之間的為中值電阻；在100kΩ以上的為高電阻。不同阻值的電阻，測(cè)量方法是不盡相同的。用惠斯通電橋測(cè)量中值電阻時(shí)，可以忽略導(dǎo)線本身的電阻和接點(diǎn)處的接觸電阻的影響（總稱為附加電阻，一般附加電阻約為10-3Ω左右）。若待測(cè)Rx是低電阻，則這些附加電阻就不能忽略了。對(duì)惠斯通電橋加以改進(jìn)而成的雙臂電橋（又名開(kāi)爾文電橋）消除了附加電阻的影響，適用于10-6～102Ω電阻的測(cè)量。常用來(lái)測(cè)量金屬材料的電阻率、電機(jī)、變電器繞組的電阻、低阻值線圈電阻、電纜電阻、開(kāi)關(guān)接觸電阻以及直流分流

2、器電阻等。1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)習(xí)用雙臂電橋測(cè)低電阻的原理和方法。2．了解測(cè)低值電阻時(shí)接線電阻和接觸電阻的影響及其避免的方法。3.測(cè)定金屬棒的電阻率。2）簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理1、電阻的四端接法圖1中C1、C2是電流端，通常接電源回路，從而將這兩端的引線電阻和接觸電阻折合到電源回路的其它串聯(lián)電阻中；P1、P2是電壓端，通常接測(cè)量電壓用的高電阻回路或電流為零的補(bǔ)償回路，從而使這兩端的引線電阻和接觸電阻對(duì)測(cè)量的影響大為減少。采用這種接法的電阻稱為四端電阻。2、本實(shí)驗(yàn)使用的是QJ44型雙臂電橋，其工作原理如圖2所示。圖2中待測(cè)電阻Rx和比較用的標(biāo)準(zhǔn)低電阻RN均采用四端接法。從電橋中

3、看出，當(dāng)橋臂電阻R1、R2、R3、R4取值較大時(shí)（>10Ω），與它們對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線電阻與接觸電阻都可以忽略不計(jì)。待測(cè)電阻電阻Rx和標(biāo)準(zhǔn)低電阻RN的電壓端P1、P1′、P2、P2′的附加電阻由于和高阻值橋臂串聯(lián)，其影響就大大減少；兩個(gè)靠外側(cè)的電流端C1、C1′的附加電阻串聯(lián)在電源回路中，對(duì)電橋沒(méi)有影響；兩個(gè)內(nèi)側(cè)的電流端C2、C2′的附加電阻和連線電路總和為r，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3、R4的阻值，就可以消除r對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。調(diào)節(jié)電阻R1、R2、R3、R4，使流過(guò)檢流計(jì)G的電流為零，電橋達(dá)到平衡，根據(jù)基爾霍夫定理得到以下三個(gè)回路方程：將上面三式聯(lián)解，并消去I1、I

4、2和I3可得　（1）式（1）就是雙臂電橋的平衡條件，可見(jiàn)r對(duì)測(cè)量結(jié)果是有影響的。為了使待測(cè)電阻RX的值便于計(jì)算及消除r對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，可以設(shè)法使第二項(xiàng)為零。通常把雙臂電橋做成同軸聯(lián)動(dòng)式，使得在調(diào)整平衡時(shí)R1、R2、R3和R4同時(shí)改變，而始終保持成比例。即　　　　　　　　　（2）在此情況下，不管r多大，第二項(xiàng)總為零。于是平衡條件簡(jiǎn)化為　　　（3）或（4）從上面的推導(dǎo)看出，雙臂電橋的平衡條件和單臂電橋的平衡條件形式上一致，而電阻r可以消除在平衡條件中，因此r的大小并不影響測(cè)量結(jié)果，這是雙臂電橋的特點(diǎn)。3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備QJ44型攜帶式直流雙臂電橋，待測(cè)電阻若干，直尺，螺

5、旋測(cè)微器等。1、QJ44型雙臂電橋面板布置圖（1）檢流計(jì)；（2）電橋外接工作電源接線柱；（3）檢流計(jì)電源開(kāi)關(guān)；（4）檢流計(jì)靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕；（5）滑線讀數(shù)盤(pán)；（6）步進(jìn)讀數(shù)開(kāi)關(guān)；（7）檢流計(jì)按鈕開(kāi)關(guān)；（8）電橋工作電源按鈕開(kāi)關(guān)；（9）倍率讀數(shù)開(kāi)關(guān)；（10、13）被測(cè)電阻電流端接線柱；（11）檢流計(jì)電氣調(diào)零旋鈕；（12）被測(cè)電阻電位端接線柱。如圖3所示：圖32、儀器結(jié)構(gòu)（1）QJ44型雙臂電橋比例臂由×100、×10、×1、×0.1和×0.01所組成。讀數(shù)盤(pán)由一個(gè)十進(jìn)盤(pán)和一個(gè)滑線盤(pán)組成的。（2）檢流計(jì)包括一個(gè)調(diào)制型放大器、一個(gè)調(diào)零電位器和一個(gè)調(diào)節(jié)靈敏度電位器以及一個(gè)

6、檢流計(jì)表頭。表頭上備有機(jī)械調(diào)零裝置，在測(cè)量前，可預(yù)先調(diào)整零位。當(dāng)放大器接通電源后，若表針不在中間零位，可用調(diào)零電位器，調(diào)整表針至中央零位。（3）在檢流計(jì)和電源回路中設(shè)有可鎖住的按鈕開(kāi)關(guān)。（4）QJ44型雙臂電阻電橋的原理線路如圖4所示。圖43、電橋各量程，有效量程，等級(jí)指數(shù)和基準(zhǔn)值如下表所示：量程倍率有效量程（Ω）等級(jí)指數(shù)（C）基準(zhǔn)值RN（Ω）×1001～110.210×100.1～1.10.21×10.01～0.110.20.1×0.10.001～0.0110.50.01×0.010.0001～0.001110.0014、使用方法（1）將儀器連好專用電源線，插

7、入220V插座,打開(kāi)后面的電源開(kāi)關(guān)，電橋就能工作。（2）將被測(cè)電阻，按四端連接法，接在電橋相應(yīng)的C1、P1、C2、P2的接線柱上，如圖5所示，AB之間為被測(cè)電阻。圖5（3）“B1”開(kāi)關(guān)打到“通”位置，檢流計(jì)工作電源接通，等待5min后，調(diào)節(jié)檢流計(jì)指針指在零位上。（4）估計(jì)待測(cè)電阻值大小，選擇適當(dāng)量程倍率位置，先按下“G”按鈕，再按下“B”按鈕，調(diào)節(jié)步進(jìn)和滑線讀數(shù)盤(pán)，使檢流計(jì)指針在零位上，電橋平衡，被測(cè)電阻按下式計(jì)算：待測(cè)電阻值（RX）=量程倍率讀數(shù)×（步盤(pán)讀數(shù)＋滑線盤(pán)讀數(shù)）（5）在測(cè)量未知電阻時(shí)，為保護(hù)檢流計(jì)指針不被打壞，檢流計(jì)的靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕應(yīng)放在最低位置，使

8、電橋初步平衡后再提高檢流