電橋的原理、用途及分類(lèi)

一、電橋的分類(lèi)

電橋由4個(gè)橋臂組成，在兩個(gè)對(duì)角線(xiàn)接點(diǎn)間加電源，另兩個(gè)對(duì)角線(xiàn)接點(diǎn)間加平衡指示表(檢流計(jì))。

按橋臂阻抗性質(zhì)和電源不同，電橋分為直流電橋和交流電橋,前者用于測(cè)量直流電阻，后者用于測(cè)量電容、電感等參數(shù)。

直流電橋又分為單臂電橋和雙臂電橋。直流單臂電橋又叫惠斯登電橋，直流雙臂電橋又叫凱爾文電橋。

二、電橋的用途

電橋測(cè)量在其范圍內(nèi)的電阻極為方便，儀器具有內(nèi)附指零儀及電源，整個(gè)測(cè)量機(jī)構(gòu)裝在金屬外殼內(nèi)，便于攜帶，適用于實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)使用。直流電橋是一種利用比較法進(jìn)行測(cè)量的電學(xué)測(cè)量?jī)x器。比較法的中心思想是將待測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較以確定其數(shù)值，具有測(cè)試靈敏度高和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

三、電橋的原理

1、直流單臂電橋

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如上圖所示，圖中Rx為被測(cè)電阻，G為檢流計(jì)，R 2 、R 3 、R4為可調(diào)電阻。當(dāng)滿(mǎn)足關(guān)系式R 2 /R 3 =R x /R4時(shí)，電路達(dá)到平衡。此時(shí)檢流計(jì)中通過(guò)的電流為零(指針不動(dòng))。R 2 、R3稱(chēng)為比例臂，R4稱(chēng)為比較臂。比較臂的數(shù)值乘上比例臂的倍數(shù)即為被測(cè)電阻的阻值。

2、直流雙臂電橋

1）如上圖所示，圖中Rx是被測(cè)電阻，Rn是比較用的可調(diào)電阻。Rx和Rn各有兩對(duì)端鈕，C1和C 2 、Cn1和Cn2是它們的電流端鈕；P1和P 2 、Pn1和Pn2是它們的電位端鈕。2）接線(xiàn)時(shí)必須使被測(cè)電阻Rx接在電位端鈕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(xiàn)電阻與接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

3）比較用可調(diào)電阻的電流端鈕Cn2與被測(cè)電阻的電流端鈕C2用電阻為r的粗導(dǎo)線(xiàn)連接起來(lái)。

4）R 1 、R 1 ^,^、R2和R 2 ^,^是橋臂電阻，其阻值均在10Ω以上。在結(jié)構(gòu)上把R 1 、R 1 ^,^及R 2 、R 2 ^,^做成同軸調(diào)節(jié)電阻，以便在改變R1或R2的同時(shí)，R 1 ^,^和R 2 ^,^也會(huì)隨之變化，并能始終保持

R 1 /R 1 ^,^=R 2 /R 2 ^,^

5）測(cè)量時(shí)接上R x ，調(diào)節(jié)各橋臂電阻使電橋平衡。此時(shí)，因?yàn)镮 R =0，可得到被測(cè)電阻Rx為

R x =R2R n /R1

6）可見(jiàn)，被測(cè)電阻Rx僅取決于橋臂電阻R 2 、R1的比值和比較用可調(diào)電阻R n ，而與粗導(dǎo)線(xiàn)電阻r無(wú)關(guān)。比值R 2 /R1稱(chēng)為直流雙臂電橋的倍率。所以電橋平衡時(shí)

被測(cè)電阻值=倍率讀數(shù)×比較用可調(diào)電阻讀數(shù)

7）因此，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，連接Rx和Rn電流端鈕的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)盡量選用導(dǎo)電性能良好且短而粗的導(dǎo)線(xiàn)。

8）只要能保證R 1 /R 1 ^,^=R 2 /R 2 ^,^、R 1 、R 1 ^,^、R2和R 2 ^,^均大于10Ω，r又很小，且接線(xiàn)正確，直流雙臂電橋就可較好地消除或減小接線(xiàn)電阻與接觸電阻的影響。因此，用直流雙臂電橋測(cè)量小電阻時(shí)，能得到較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

四、電橋的使用

1、直流單臂電橋

當(dāng)需要精確測(cè)量中值電阻(1Ω~1MΩ)時(shí)，往往采用單臂電橋進(jìn)行測(cè)量。

1）使用前,先把檢流計(jì)的鎖扣打開(kāi)，并調(diào)節(jié)調(diào)零器，將指針調(diào)到零位。

2）估計(jì)被測(cè)電阻近似值,然后參照說(shuō)明書(shū)上的表格選擇適當(dāng)?shù)谋壤?倍率)，使比較臂可調(diào)電阻的各擋能夠充分利用，以提高其精度。

3）接入電阻時(shí)，應(yīng)選擇較粗較短的連接導(dǎo)線(xiàn)，并將接頭擰緊，盡量提高測(cè)量精度。

4）在測(cè)量電感電路的電阻(如電動(dòng)機(jī)、變壓器等)時(shí)，應(yīng)先接通電源按鈕，再接通檢流計(jì)按鈕。測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)先斷開(kāi)檢流計(jì)按鈕，再斷開(kāi)電源按鈕，以免線(xiàn)圈的自感電動(dòng)勢(shì)損壞檢流計(jì)。

5）電橋電路接通后，如檢流計(jì)指針向“+”方向偏轉(zhuǎn)，應(yīng)增加比較臂的電阻；如指針向“-”方向偏轉(zhuǎn)，則應(yīng)減小比較臂的電阻。反復(fù)調(diào)節(jié)比較臂電阻，直至指針指向零位為止。讀出刻度盤(pán)的電阻值再乘以倍率，即為所測(cè)電阻值。

6）電橋使用完畢，應(yīng)立即將檢流計(jì)的鎖扣鎖上，以免在搬動(dòng)過(guò)程中，將懸絲震壞。

7）電池電壓偏低會(huì)影響電橋的靈敏度，如發(fā)現(xiàn)電池電壓偏低時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)換。當(dāng)采用外接電源時(shí)，必須注意極性，切勿使電壓超過(guò)規(guī)定值，否則可能燒壞橋臂電阻。

2、直流雙臂電橋

直流雙臂電橋用來(lái)測(cè)量10^-5^~1Ω的小電阻。它是在單臂電橋的基礎(chǔ)上，設(shè)法消除連接引線(xiàn)和接觸電阻的影響而構(gòu)成的。

1）在電池盒內(nèi)裝入1.5V、1號(hào)電池46節(jié)并聯(lián)使用，晶體管指示放大儀器工作電源為6F22、9V電池2節(jié)并聯(lián)使用，此時(shí)電橋就能正常工作。如用外接直流電源1.52V時(shí)，電池盒內(nèi)的1.5V電池應(yīng)預(yù)先全部取出。

2）將B1開(kāi)關(guān)扳到通位置，等穩(wěn)定后(約5min)，調(diào)節(jié)檢流計(jì)指針在零位。靈敏度旋鈕放在最低位置。將被測(cè)電阻按四端連接法接在電橋相應(yīng)的C 1 、P 1 、P 2 、C2的接線(xiàn)柱上。

3）估計(jì)被測(cè)電阻值的大小，選擇適當(dāng)?shù)谋堵饰恢?，先按G按鈕，再按B按鈕，調(diào)節(jié)步進(jìn)讀數(shù)和滑線(xiàn)讀數(shù)，使檢流計(jì)指針在零位上。如發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)靈敏度不夠，應(yīng)增加其靈敏度，移動(dòng)滑線(xiàn)盤(pán)4小格，檢流計(jì)指針偏離零位約1格，就能滿(mǎn)足測(cè)量要求。

被測(cè)電阻=倍率讀數(shù)×(步進(jìn)讀數(shù)+劃線(xiàn)讀數(shù))

4）被測(cè)電阻與倍率位置的選擇見(jiàn)下表。