直流双臂电桥的工作原理

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1、单臂电桥的结构及原理　　直流单臂电桥又称惠斯登电桥，其原理电路如图1（a）所示。图中被测电阻R，和Rz、R3、R4三个已知电阻连接成四边形。四个电阻的连接点a、b、c、d称为电桥的顶点；由这四个电阻组成的支路ac、ob、ad、bd称为桥臂。在电桥的两个顶点a、b之间（一般称为电桥输入端）接一个直流电源，而在电桥的另外两个顶点c、d之间（一般称为电桥输出端）接一个指零仪（检流计）。 当电桥电源接通之后，调节桥臂电阻R2、R3和R4，使c、d两个顶点的电位相等，即指零仪两端没有电位差，其电流Ig=0，这种状态称为电桥平衡。当电桥平衡时，有　　上

2、式中，R2/R3称为电桥的比率臂，电阻R4称为比较臂。当电桥平衡时，可以由凡、R3和R4的电阻值求得被测电阻Rx为读数方便，制造时，使R2/R3的值为十进制倍数的比率，如0.1、1.0、1O、100等。这样，Rx便为已知量R4的十进制倍数，便于读取被测量。　　用电桥测电阻实际上是将被测电阻与已知标准电阻进行比较来确定被测电阻值，只要比率臂电阻和比较臂电阻R2、R3和R4足够精确，Rx的测量准确度也就比较高。直流单臂电桥的准确度分为0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0共8个等级。　　由于式（3-13）是根据Ig

3、=0得出的结论，所以指零仪必须采用高灵敏度的检流计，以确倮电桥的平衡条件，从而保证电桥的测量精度。单臂电桥使用步骤　　①先打开检流计锁扣，再调节指零仪，使指针位于零点。　　②将被测电阻接到标有“Rx”的两个接线柱之间，根据被测电阻Rx的近似值（可先用万用表测得），选择合适的倍率，以便让比较臂的4个电阻都用上，使测量结果为四位有效数字，提高读数精度。例如，Rx≈8Ω，则可选择倍率0.001，若电桥平衡时比较臂读数为8211Ω，则被测电阻Rx为　　Rx=倍率×比较臂的读数=0.001×8211＝8.211（Ω）　　如果选择倍率为1，则比较臂的前

4、3个电阻都无法用上，只能测得Rx=1×8=8（Ω），读数误差大，失去用电桥进行精确测量的意义。　　③测量时，应先按电源支路开关“B”按钮，再按检流计“G”按钮。若检流计指针向“十”偏转，表示应加大比较臂电阻；若指针向“—”偏转，则应减小比较臂电阻。反复调节比较臂电阻，使指针趋于零位，电桥即达到平衡。调节开始时，电桥离平衡状态较远，流过检流计的电流可能很大，使指针剧烈偏转，故先不要将检流计按钮按死，要调节一次比较臂电阻，然后按一下“G”，当电桥基本平衡时，才可锁住“G”按钮。　　④测量结束后，应先松开“G”按钮，再松开“B”按钮。否则，在测量

5、具有较大电感的电阻时，因断开电源而产生的电动势会作用到检流计回路，使检流计损坏。　　⑤电桥不用时，应将检流计锁扣锁住，以免搬运时震坏悬丝。直流双臂电桥的工作原理　　直流双臂电桥又叫凯尔文电桥，其工作原理电路如图1所示，图中Rx是被测电阻，Rn是比较用的可调电阻。Rx和Rn各有两对端钮，C1和C2、Cn1和On2是它们的电流端钮，P1和P2、Pn1和Pn2是它们的电位端钮。接线时必须使被测电阻Rx只在电位端钮P1和P2之间，而电流端钮在电位端钮的外侧，否则就不能排除和减少接线电阻与接触电阻对测量结果的影响。比较用可调电阻的电流端钮Cn2与被测

6、电阻的电流端钮C2用电阻为r的粗导线连接起来。R1、R1'、R2和R2'是桥臂电阻，其阻值均在lOΩ以上。在结构上把R1和R'1以及R2和R2'做成同轴调节电阻，以便改变R1或R2'的同时，R1'和R2'也会随之变化，并能始终保持　　测量时接上RX调节各桥臂电阻使电桥平衡。此时，因为Ig＝0，可得到被测电阻Rx为：　　图1 直流双臂电桥工作原理电路　　可见，被测电阻Rx仅决定于桥臂电阻Rz和R1的比值及比较用可调电阻Rn而与粗导线电阻r无关。比值R2/R1称为直流双臂电桥的倍率。所以电桥平衡时　　被测电阻值=倍率读数×比较用可调电阻读数　　

7、因此，为了保证测量的准确性，连接Rx和Rn电流端钮的导线应尽量选用导电性能良好且短而粗的导线。　　只要能保证，R1、R1'、R2和R2'均大于1OΩ，r又很小，且接线正确，直流双臂电桥就可较好地消除或减小接线电阻与接触电阻的影响。因此，用直流双臂电桥测量小电阻时，能得到较准确的测量结果。直流双臂电桥的使用方法和注意事项　　直流双臂电桥的使用方法和注意事项与直流单臂电桥基本相同，但还要注意以下三点。　　①被测电阻的电流端钮和电位端钮应和双臂电桥的对应端钮正确连接。当被测电阻没有专门的电位端钮和电流端钮时，要设法引出四根线与双臂电桥连接，并用内

8、侧的一对导线接到电桥的电位端钮上，如图1所示。连接导线应尽量短而粗，并且要连接牢靠。　　　　图1  直流双臂电桥测量导线电阻的实际接线图②选用标准电阻时，应尽量使其与被测电阻在同