单臂电桥(使用单臂电桥的示意图)

电桥是一种用比较法测量电路参数的仪器，具有很高的精度和灵敏度。它可以用来测量电阻、电容、电感和电路参数。电桥可分为两种:测量电容和电感等交流参数的交流电桥和测量电阻等DC参数的DC电桥。其中，DC桥可分为单臂桥和双臂桥。

单臂桥

单臂DC电桥，也称为惠斯通电桥，是一种相对精确的测量仪器，用于测量1 ω以上的中值电阻。单臂电桥的测量原理如图2.1所示。以QJ23a DC单臂桥为例，介绍其构造和使用方法。

在图2.1中，被测电阻Rx和三个已知电阻R2、R3和R4连接成一个四边形。四个电阻的连接点A、B、C、D称为电桥的顶点；这四个电阻组成的支路ac、cb、ad、bd称为桥臂。一个DC电源连接在电桥的A和B顶点之间(一般称为电桥输入)，一个零点指示器(检流计)连接在电桥的C和D顶点之间(一般称为电桥输出)。当电桥的电源接通时，调节桥臂电阻R2、R3、R4，使C、D两个顶点的电位相等，即零表两端没有电位差，其电流Ig=0。这种状态叫做电桥平衡。

当桥梁平衡时，有:

图2.1单臂桥电路原理图

在公式(2-1)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，测得的电阻Rx可以从R2、R3和R4的电阻值得到。为方便阅读，将R2/R3做成十进制倍数的比值，如0.1、1.0、10、100等。这样，Rx就是已知量R4的十进制倍数，很容易读懂。电桥测电阻实际上是将测得的电阻与已知的标准电阻进行比较，确定测得的电阻。只要比率臂电阻和比较臂电阻R2、R3和R4足够精确，Rx的测量精度就会更高。

单臂DC电桥的精度分为8个等级:0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0和2.0。

由于公式(2-1)是基于Ig=0的结论，所以必须使用高灵敏度的检流计进行零位指示，以保证电桥的平衡条件和电桥的测量精度。

1.主要技术指标

(1)范围

1~1111×104Ω。

(2)误差

0.1%。

(3)主要参数

主要参数见表2.1。

表2.1 QJ23A单臂桥参数

(4)指零表的电流常数。

零表的电流常数一般为2。前面板的位置图。

QJ23a单臂桥架前面板位置图如图2.2所示。

图2.2

图2.2中各部分的含义如下。

①外部工作电源端子。

②零指示器的指示器头。

③电源选择开关。

④量程放大读数开关。

⑤零位指示器的外部端子。

⑥零位指示器选择开关。

⑦操作电源按钮开关。

终点指零表按钮开关。

⑨测量电阻端子。

⑩拨千读开关。

⑾拨百读数开关。

⑿刻度盘的十位读数开关。

[13]刻度盘单元读数开关。

图2.2 QJ23A单臂桥架前面板位置图

3.如何使用它

①将零位指示器的选择开关拨到“内部连接”位置，并将零位指示器的指针调至零。

②估计要测量的电阻值，然后根据表2.1将量程放大的读数开关转到合适的值。

③按下“B”按钮和“G”按钮，调节测量刻度盘的旋钮，使零位指示器的指针重新回到零位。

Rx=(量程放大读数)×(刻度盘指示)ω

比如量程放大倍数在×10范围内，表盘的读数开关分别在4、1、7、0范围内。根据公式，Rx=(量程放大读数)×(表盘指示值)= 10× 4170 = 41700 (ω) = 41.7 (kω)。

④测量10kΩ以上的电阻时，可外接高灵敏度的零位指示器，电源电压可相应提高，但不得超过表2.1所示的值。

4.预防措施和维护

①测量电感电路(如电机、变压器等)的电阻时。)，先按“B”键，再按“G”键；断开时，应先按“G”按钮，然后按“B”按钮。

②当连接外部电源时，电源选择开关转到“外部”,电源根据其极性连接到接线柱。

③如果长时间不使用电桥，应取出电池。

④如果仪器长时间不使用，接触点可能会发生氧化，导致接触不良。为了接触良好，应涂上一层薄薄的无酸凡士林加以保护。

⑤桥架应放置在环境温度5 ~ 35℃，相对湿度25% ~ 80%的环境中。室内空气体不应含有会腐蚀仪器的气体和有害杂质。

⑥仪器应保持清洁，避免阳光暴晒和剧烈振动。

⑦仪器在使用过程中，如果发现零位指示器灵敏度明显下降，可能是电池寿命结束造成的，应更换新电池。

双臂电桥

双臂DC电桥，也称为开尔文电桥，是测量小电阻(小于1ω)的精密仪器。双臂电桥的测量原理如图2.3所示。Rx是测量电阻，Rn是用于比较的可调电阻。Rx和Rn各有两对终端，C1和C2，Cn1和Cn2是它们的当前终端，P1和P2，Pn1和Pn2是它们的潜在终端。

接线时，测得的电阻Rx必须仅在电位端子P1和P2之间，而电流端子在电位端子的外侧。否则不能排除和减少接线电阻和接触电阻对测量结果的影响。可调电阻Rn的电流端Cn2与被测电阻Rx的电流端C2通过一根阻值为R的粗线相连，R1、R’1、R2、R’2为桥臂电阻，阻值均在10ω以上。在结构上，R1和R’1、R2和R’2做成同轴可调电阻，当R1或R2发生变化时，R’1和R’2也会发生变化，并能始终保持:

图2.3双臂电桥电路原理图

测量时连接Rx，调整各桥臂电阻，平衡电桥。此时，因为Ig=0，所以测得的电阻Rx可以如下获得:

可以看出，被测电阻Rx仅由桥臂电阻R2和R1的比值和比较可调电阻Rn决定，与粗丝电阻r无关，比值R2/R1称为DC双臂电桥的倍率。因此，电桥平衡时，测得的电阻值=放大读数×比较可调电阻读数。

给个提示

为了保证测量的准确性，连接Rx和Rn的电流端子线应尽可能选用导电性能好的短粗导线。

只要你能保证

、R1、R\'1、R2、R\'2都大于10ω，R很小，连接正确，所以DC双臂电桥能更好地消除或减小连接电阻和接触电阻的影响。因此，用DC双臂电桥测量小电阻时，可以获得更准确的测量结果。以QJ44 DC双臂桥为例，介绍其结构和使用方法。

1.主要技术指标

(1)总有效范围

0.0001 ~ 11ω，分5个量程。

(2)允许误差极限

桥的参考温度为20℃±1.5℃，参考相对湿度为40% ~ 60%。桥架的标称使用温度为20℃±10℃，标称使用相对湿度为25% ~ 80%。在参考温度和参考相对湿度条件下，电桥各量限的允许误差限为

式中:ELIM——允许误差限值，ω；

X ——刻度盘的指示值，ω；

C ——等级的指标值；

rn-参考值。

(3)主要参数

主要参数见表2.2。

表2.2双臂电桥参数

注:①在参考条件下，相对湿度超过参考温度范围，但在标称使用范围内，温度变化引起的附加差值不应超过一个相应的等级指标值。

②在参考条件下，温湿度超过参考相对湿度范围，但在标称相对湿度范围内，湿度变化引起的附加差值不应超过相应等级指标值的20%。

③电桥工作电源为1.5V(含1.5V 1号电池，6节并联)，晶体管放大器工作电源为6F22/9V(3节并联)。

④晶体管调零仪的灵敏度可以调节。在0.01 ~ 11ω的测量范围内，在规定的电压下，当被测电阻的变化允许在极限误差范围内时，零位指示器的偏转大于等于一格，可以满足测量精度的要求。不要太敏感，否则不容易平衡，测量阻力也不会花太长时间。

2.前面板位置图

QJ44双臂桥架前面板位置图如图2.4所示。

图2.4 QJ44双臂桥架前面板位置图

图2.4中各部分的含义如下。

①外部工作电源端子。

②零表的灵敏度调节旋钮。

③晶体管检流计工作电源开关。

④滑线读数盘。

⑤步进读数盘。

⑥零位指示器按钮开关。

⑦操作电源按钮开关。

⑧被测电阻接线柱。

⑨量程比读数开关。

⑩指零仪电动零位旋钮。

零指示器指示表头。

3.如何使用它

①在桥壳底部的电池盒中，放入1.5V的1号电池(4 ~ 6节电池并联)和6F22/9V(3节电池并联)，并联的线已经内部连接，桥可以正常工作。如果外接DC电源为1.5~2V，应提前将电池盒中的1.5 ~ 2V电池全部取出。

②将被测电阻连接到电桥的相应端子C1、P1、P2和C2上，如图2.5所示，被测电阻在A和b之间

图2.5测量电阻的连接图

③将“B1”开关拨到“ON”位置，打开晶体管放大器的电源，等待5分钟，然后将零位指示器的指针调至零位。

④估算被测电阻的电阻值，选择合适的量程比，先按“G”按钮，再按“B”按钮，调整步读刻度盘和滑读刻度盘，使零位指示器指针指向零位，电桥平衡。根据以下公式计算测得的电阻:

测量电阻值(Rx)=量程倍率读数×(步进刻度盘读数+滑动刻度盘读数)

⑤测量未知电阻时，为了保护零位指示器的指针不被损坏，应将零位指示器的灵敏度调节旋钮置于最低位置，这样可以在电桥初始平衡后增加零位指示器的灵敏度。当改变指零仪的灵敏度或环境等因素的影响时，指零仪的指针有时会偏离零位。

4.预防措施和维护

①测量电感电路的DC电阻时，先按“B”按钮，再按“G”按钮；断开时，先断开“G”按钮，再断开“B”按钮。

②测量0.1ω以下的电阻时，应间歇使用“B”按钮。

③测量0.1ω以下的电阻时，端子C1、P1、C2、P2之间的连线电阻与被测电阻为0.005 ~ 0.01ω；测量其他电阻值时，连接线的电阻不得大于0.005ω。

④桥架使用完毕后，应松开“B”按钮和“G”按钮。“B”开关应置于“关”的位置，以免浪费晶体管检流计放大器的工作电源。

⑤如果长时间不使用电桥，应取出电池。

⑥如果仪器长时间不使用，接触点可能会发生氧化，导致接触不良。为了接触良好，应涂上一层薄薄的无酸凡士林加以保护。

⑦电桥应放置在环境温度5 ~ 35℃，相对湿度25% ~ 80%的环境中。室内空气体不应含有会腐蚀仪器的气体和有害杂质。

⑧仪器应保持清洁，避免阳光暴晒和剧烈振动。

⑨仪器在使用过程中，如果发现零位指示器灵敏度明显下降，可能是电池寿命结束引起的，应更换新电池。

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