直流雙臂電橋工作原理

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1、直流雙臂電橋的工作原理直流雙臂電橋乂叫凱爾文電橋，其工作原理電路如圖1所示，圖中Rx是被測電阻，Rn是比較用的可調(diào)電阻。Rx和Rn各有兩對端鈕,C1和C2、Cnl和0n2是它們的電流端鈕，P1和P2、Pnl和Pn2是它們的電位端鈕。接線時必須使被測電阻Rx只在電位端鈕P1和P2之間，而電流端鈕在電位端鈕的外側(cè)，否則就不能排除和減少接線電阻與接觸電阻對測量結(jié)果的影響。比較用可調(diào)電阻的電流端鈕Cn2與被測電阻的電流端鈕C2用電阻為r的粗導(dǎo)線連接起來。Rl、Rl'、R2和R2'是橋臂電阻，其阻值均在10Q以上。在結(jié)構(gòu)上把R1和R'1以及R2和

2、R2'做成同軸調(diào)節(jié)電阻，以便改變R1或R2'的同時，R1'和R2'也會隨Z變化，并能始終保持(3-14)測量時接上RX調(diào)節(jié)各橋臂電阻使電橋平衡。此時，因?yàn)閘g=O,可得到被測電阻Rx為Rx=(3-15)CnlPnl?Pn2Cn2人―IvC2P2PlC1圖1直流雙臂電橋工作原理電路可見，被測電阻Rx僅決定于橋臂電阻Rz和R1的比值及比較用可調(diào)電阻Rn而與粗導(dǎo)線電阻r無關(guān)。比值R2/R1稱為直流雙臂電橋的倍率。所以電橋平衡吋被測電阻值二倍率讀數(shù)X比較用可調(diào)電阻讀數(shù)因此，為了保證測量的準(zhǔn)確性，連接Rx和Rn電流端鈕的導(dǎo)線應(yīng)盡量選用導(dǎo)電性能良好

3、且短而粗的導(dǎo)線。R{_Rf2■—■■1只要能保證,R1、R1R2和R2'均大于10Q,r又很小，且接線正確，直流雙臂電橋就可較好地消除或減小接線電阻與接觸電阻的影響。因此，用直流雙臂電橋測量小電阻時，能得到較準(zhǔn)確的測量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)簡介電阻按照阻值大小可分為高電阻（100KQ以上）、中電阻（1Q?100KQ）和低電阻（1Q以下）三種。一般說導(dǎo)線本身以及和接點(diǎn)處引起的電路屮附加電阻約為＞0.1Q,這樣在測低電阻時就不能把它忽略掉。對惠斯通電橋加以改進(jìn)而成的雙臂電橋（乂稱開爾文電橋）消除了附加電阻的影響，適用于IO。?IO?Q電阻的測量。本實(shí)

4、驗(yàn)要求在掌握雙臂電橋工作原理的基礎(chǔ)上，用雙臂電橋測金展材料的電阻率。實(shí)驗(yàn)原理我們考察接線電阻和接觸電阻是怎樣對低值電阻測量結(jié)果產(chǎn)生影響的。例如用安培表和毫伏表按歐姆定律R=V/I測量電阻Rv,電路圖如圖1所示，圖1測量電阻的電路圖考慮到電流表、毫伏表與測量電阻的接觸電阻后，等效電路圖如圖2所示。由于毫伏表內(nèi)阻Rg遠(yuǎn)大于接觸電阻陽和Rs,因此他們對于毫伏表的測量影響可忽略不計(jì)，此時按照歐姆定律R=V/I得到的電阻是（Rx+Ri】+Ri2）。當(dāng)待測電阻Rx小于1QI1寸，就不能忽略接觸電阻R訂和Ri2對測量的影響了。因此，為了消除接觸電阻對

5、于測量結(jié)果的影響，需要將接線方式改成下圖3方式，將低電阻Rx以四端接法方式連接，等效電路如圖4o此吋毫伏表上測得電眼為Rx的電壓降，由Rx=V/I即可準(zhǔn)測計(jì)算出Rx。接于電流測量回路中成為電流頭的兩端（A、D）,與接于電壓測量回路中稱電壓接頭的兩端（B、C）是各自分開的，許多低電阻的標(biāo)準(zhǔn)電阻都做成四端鈕方式。四端接法電路0_l!~圖4四端接法等效電路根據(jù)這個結(jié)論，就發(fā)展成雙臂電橋，線路圖和等效電路圖5和圖6所示。標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn電流頭接觸電阻為Rmi、R沁，待測電阻Rx的電流頭接觸電阻為Rix】、Rix2,都連接到雙臂電橋測量回路的電路回路

6、內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓頭接觸電阻為R“、Rn2,待測電阻Rx電壓頭接觸電阻為Rxl、Rx2,連接到雙臂電橋電壓測量回路中，因?yàn)樗鼈兣c較大電阻R

7、、R2>R3、R相串連，故其影響可忽略。由圖5和圖6,當(dāng)電橋平衡時，通過檢流計(jì)G的電流IG=0,C和D兩點(diǎn)電位相等，根據(jù)基爾霍夫定律，可得方程組(1)(1)解方程組得⑵通過聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)，同時調(diào)節(jié)&、R2、R3、R，使得成立，貝I」(2)式中Rx和標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn的接觸電阻RinhRix2均包括在低電阻導(dǎo)線第二項(xiàng)為零，待測電阻Ri內(nèi)，則有實(shí)際上即使用了聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)，也很難完全做到。為了減?。?）式中第二項(xiàng)的

8、影響，使用盡量粗的導(dǎo)線以減小電阻Ri的阻值（Ri<0.001Q）,使⑵式第二項(xiàng)盡量小，與第一項(xiàng)比較可以忽略，以滿足（3）式。學(xué)習(xí)重點(diǎn)■熟悉雙臂電橋的原理、特點(diǎn)和接線方法?！稣莆諟y量低電阻的特殊性和采用四端接法的必要性?！隽私饨鹎娮杪蕼y量方法的要點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)所使用儀器有QJ36型雙臂電橋（0.02級）、JWY型直流穩(wěn)壓電源（5A15V）、電流表（5A）、Rp電阻、雙刀雙擲換向開關(guān)、0.001Q標(biāo)準(zhǔn)電阻（0.01級）、超低電阻（小于0.001Q）連接線、低電阻測試架（待測銅、鋁棒各一根）、直流復(fù)射式檢流計(jì)（AC15/4或6型）、千分

9、尺、導(dǎo)線等。標(biāo)準(zhǔn)電阻未知電阻（雙）未知電阻（單）檢涼計(jì)電源（兩）R2?■■■租細(xì)短路電源（兩）X10XO.01Q雙愕電橋而板棒材金屬測試架實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用雙臂電橋測量金屬材料（銅棒、鋁棒）的電阻慮p,先用（3）式