新课引入
新课讲解1、直流单臂电桥的工作原理? Rx=(R2/R3) × R4 2、QJ23型电桥可以外接电源和检流计吗? 都可以 3、利用电桥测电阻时怎样选择比例臂? 使比较臂的四挡电阻都能被充分利用 双臂电桥又称为开尔文电桥,能够消除接线电阻和接触电阻对测量结果的影响,用于测量低值电阻(0.00001~100Ω)。其测量灵敏度及精度都很高。
§5-3直流双臂电桥
直流双臂电桥:凯文电桥,能消除接线电阻和接触电阻的影响,专门用于测量阻值在1Ω 以下的小电阻。
一.构造及工作原理
(一)构造
1.Rx 与 R4 共一臂,Rn (标准电阻)与R 3共一臂,Rn 与Rx 之间用阻值为r 的导
线相连,(r → 0)。
2.Rx 与Rn 都采用两对端钮的接法。
3.R1、 R2 、 R3 、 R4 均为大于10 Ω的标准电阻,R 为电池的限流电阻。
(二)原理
1.当电桥调节至平衡时,I p=0,则有
I1 =I2 ,I3 =I4 ,推导得
Rx =(R2 /R 1)Rn + rR2 /(r +R3 +R4 ) × (R 3/R1 – R4 /R2 )
即 被测电阻=倍率 × 标准电阻盘的读数+校正值
2.为使求解Rx 的公式 与单臂电桥相同,常用以下找措施:
(1)R1 与R3 ,R2 与R4采用联动机构,保证R3 /R1 =R4 /R2,从而校正项始终为零。
(2)Rn , Rx 的连接导线尽量粗,使 r → 0。
3.消除接线电阻和接触电阻的原理
直流双臂电桥的原理如图所示,与单臂电桥不同,被测电阻RX 与标准电阻R4共同组成一个桥臂,标准电阻Rn和R3组成另一个桥臂,RX与Rn之间用一电阻为r的导线连接起来。为了消除接线电阻和接触电阻的影响,RX与Rn都采用两对端钮,即电流端钮C1、C2、Cn1、Cn2,电位端钮P1、P2、Pn1、Pn2。桥臂电阻R1、R2、R3、R4都是阻值大于10Ω的标准电阻。R是限流电阻,可防止仪表中电流过大。
调节各桥臂的电阻,使检流计指零,即Ip=0,此时I1=I2,I3=I4.根据基尔霍夫第二定律可得到如下三个回路方程: 对Ⅰ回路 I1R1=InR n+I 3R 3
对Ⅱ回路 I1R2=InRx+I3R4
对Ⅲ回路 (In-I3)r=I3(R3+R4)
解方程组求得:
上式表示,用双臂电桥测量电阻时,RX由两项决定,其中第一项与单臂电桥相同,第二项称为“校正项”。为了使直流双臂电桥平衡时,求解RX的公式与单臂电桥相同,即RX=(R2/R1)Rn,就必须使校正项等于零。所以,要求R3/R1=R4/R2,同时使r→0。
此时,若电桥平衡,则被测电阻RX=比例臂倍率×比较臂读数。
·知识拓展:直流双臂电桥结构的特点
为满足校正项等于零的条件,双臂电桥在结构上采取了以下措施:
1、将R1与R3、R2与R4采用机械联动的调节装置,使R3/R1的变化和R4/R2的变化保持同步,从而保证校正项等于零。
2、连接Rn与Rx的导线尽可能采用导电性能良好的粗铜母线,使r→0。
采用上述措施后,直流双臂电桥就可以较好的消除接线电阻和接触电阻的影响,因而在测量小电阻时,能够获得较高的准确度。
·举例:QJ44型直流双臂电桥简介
QJ44型直流双臂电桥的原理及面板如图,四个桥臂电阻做成固定倍率的形式,通过机械联动转换开关SA换接,可得到×100、×10、×1、×0.1、×0.01五个固定倍率,并保持
R3/R1=R4/R2,标准电阻Rn的数值可在0.01~0.11Ω范围内连续调节,其调节旋钮与读数盘一起装在面板上。测量时,调节倍率旋钮和Rn的调节旋钮使电桥平衡,检流计指零,此时,被测电阻=倍率数×读数盘读数。
NetLabel31
QJ44型直流双臂电桥的测量范围在0.0011~11Ω,使用1.5~2V的直流电源,并备有外接电源用的接线端子。
二.QJ103型直流双臂电桥
1.面板介绍
SA → 倍率转换开关,(R1 上左, R2 上右, R3 下左 ,R4下右)联动,保证总有
R 3 /R1 = R4 /R2 。
2.电路图的识读
倍率=R2 /R1 ,有 ×0.01, × 0.1, ×1, ×10 ,×100 ,共5个倍率档位。
Rn 的范围: 0.01~0.11测量范围: 0.0011~11Ω电源 :1.5V~2V直流,有外接端钮。
三.直流双臂电桥的使用与维护
直流双臂电桥的型号很多,其操作方法与直流单臂电桥基本相同。下面以QJ44型直流双臂电桥为例,说明其测量电阻的步骤。
步骤1:检查灵敏度旋钮置最小位置,打开检流计机械锁扣,调节调零器使指针指在零位。
提示:1发现电桥电池电压不足应及时更换,否则将影响电桥的灵敏度。
2 采用外接电源时,必须注意电源的极性。将电源的
正、负极分别接到“+”“-”端钮,且不要使外接电源电压超过电桥工作电压的规定值。
步骤2:估测被测电阻,选择倍率臂
用万用表估测被测电阻,选择适当的倍率臂。
估测被测电阻为几欧时,倍率臂应选×100档
估测被测电阻为零点几欧时,倍率臂应选×10档 估测被测电阻为零点零几欧时,倍率臂应选×1档
提示:测量时,倍率臂务必选正确,否则会产生很大的测量误差,从而失去精确测量的目的。
步骤3:接入被测电阻
按四端接线法接入被测电阻时,应采用较短较粗的导线连
接,接线间不得绞合,并将接头拧紧
提示:1、被测电阻有电流端钮和电位端钮时,要与电桥上
相应的端钮相连接。同时要注意电位端钮总是在
电流端钮的内侧,且两电位端钮之间的电阻就是
被测电阻。
2、如果被测电阻(如一根导线)没有电流端钮和电位
端钮,则按下图所示自行引出电流端钮和电位端
钮,然后与电桥上相应的端钮相连接。 C2
RxP2
P1
C1直流电桥
步骤4:接通电路,调节读数盘使之平衡
适当增加灵敏度,然后观察检流计指针偏转。若检流计指针朝“+”方向偏转,应减小读数盘读数;若检流计指针朝“-”方向偏转,应增大读数盘读数,使检流计指针指零。再增加灵敏度,调读数盘读数,使检流计指针指零。如此反复调节,直至检流计指针指零。
提示:
1、由于直流双臂电桥在工作时电流较大,要求上述操作动
作要迅速,以免电池耗电量过大。
2、被测电阻含有电感时,应先锁住电源端钮B,间歇按检
流计按钮G。
3、被测电阻不含电感时,应先锁住检流计按钮G,间歇按
电源端钮B。
步骤5:计算电阻值
被测电阻值=倍率数×读数盘读数
步骤6:关闭电源
先断开检流计按钮G,再断开电源端钮B,然后拆除被测电阻,最后锁上检流计锁扣。
步骤7:电桥保养
课堂小结
课堂练习
与作业 1每次测量结束,都应将盒盖盖好,存放于干燥、避光、无振动的场合。 提示:搬动电桥时应小心,做到轻拿轻放,否则易使检流计损坏 基本方法与单臂电桥相同,需要注意的有两点: 1.四端接线。 2.直流双臂电桥工作时电流较大(因为电阻都比较小),故测量要求尽快完成,以免电池的电量消耗过大。 3.常用电桥型号和技术特性简介 测量电阻的方法、测量电阻的常用仪表及适用范围。 、直流双臂电桥的平衡条件是什么?
2、直流双臂电桥测电阻时,为何精确度很高?
3、直流双臂电桥应注意哪些问题?
·学生练习:
1、 用直流双臂电桥测量导线的直流电阻。
2、用直流双臂电桥测量小电阻的电阻。
3、用直流双臂电桥测量线圈的电阻。
新课引入
新课讲解1、直流单臂电桥的工作原理? Rx=(R2/R3) × R4 2、QJ23型电桥可以外接电源和检流计吗? 都可以 3、利用电桥测电阻时怎样选择比例臂? 使比较臂的四挡电阻都能被充分利用 双臂电桥又称为开尔文电桥,能够消除接线电阻和接触电阻对测量结果的影响,用于测量低值电阻(0.00001~100Ω)。其测量灵敏度及精度都很高。
§5-3直流双臂电桥
直流双臂电桥:凯文电桥,能消除接线电阻和接触电阻的影响,专门用于测量阻值在1Ω 以下的小电阻。
一.构造及工作原理
(一)构造
1.Rx 与 R4 共一臂,Rn (标准电阻)与R 3共一臂,Rn 与Rx 之间用阻值为r 的导
线相连,(r → 0)。
2.Rx 与Rn 都采用两对端钮的接法。
3.R1、 R2 、 R3 、 R4 均为大于10 Ω的标准电阻,R 为电池的限流电阻。
(二)原理
1.当电桥调节至平衡时,I p=0,则有
I1 =I2 ,I3 =I4 ,推导得
Rx =(R2 /R 1)Rn + rR2 /(r +R3 +R4 ) × (R 3/R1 – R4 /R2 )
即 被测电阻=倍率 × 标准电阻盘的读数+校正值
2.为使求解Rx 的公式 与单臂电桥相同,常用以下找措施:
(1)R1 与R3 ,R2 与R4采用联动机构,保证R3 /R1 =R4 /R2,从而校正项始终为零。
(2)Rn , Rx 的连接导线尽量粗,使 r → 0。
3.消除接线电阻和接触电阻的原理
直流双臂电桥的原理如图所示,与单臂电桥不同,被测电阻RX 与标准电阻R4共同组成一个桥臂,标准电阻Rn和R3组成另一个桥臂,RX与Rn之间用一电阻为r的导线连接起来。为了消除接线电阻和接触电阻的影响,RX与Rn都采用两对端钮,即电流端钮C1、C2、Cn1、Cn2,电位端钮P1、P2、Pn1、Pn2。桥臂电阻R1、R2、R3、R4都是阻值大于10Ω的标准电阻。R是限流电阻,可防止仪表中电流过大。
调节各桥臂的电阻,使检流计指零,即Ip=0,此时I1=I2,I3=I4.根据基尔霍夫第二定律可得到如下三个回路方程: 对Ⅰ回路 I1R1=InR n+I 3R 3
对Ⅱ回路 I1R2=InRx+I3R4
对Ⅲ回路 (In-I3)r=I3(R3+R4)
解方程组求得:
上式表示,用双臂电桥测量电阻时,RX由两项决定,其中第一项与单臂电桥相同,第二项称为“校正项”。为了使直流双臂电桥平衡时,求解RX的公式与单臂电桥相同,即RX=(R2/R1)Rn,就必须使校正项等于零。所以,要求R3/R1=R4/R2,同时使r→0。
此时,若电桥平衡,则被测电阻RX=比例臂倍率×比较臂读数。
·知识拓展:直流双臂电桥结构的特点
为满足校正项等于零的条件,双臂电桥在结构上采取了以下措施:
1、将R1与R3、R2与R4采用机械联动的调节装置,使R3/R1的变化和R4/R2的变化保持同步,从而保证校正项等于零。
2、连接Rn与Rx的导线尽可能采用导电性能良好的粗铜母线,使r→0。
采用上述措施后,直流双臂电桥就可以较好的消除接线电阻和接触电阻的影响,因而在测量小电阻时,能够获得较高的准确度。
·举例:QJ44型直流双臂电桥简介
QJ44型直流双臂电桥的原理及面板如图,四个桥臂电阻做成固定倍率的形式,通过机械联动转换开关SA换接,可得到×100、×10、×1、×0.1、×0.01五个固定倍率,并保持
R3/R1=R4/R2,标准电阻Rn的数值可在0.01~0.11Ω范围内连续调节,其调节旋钮与读数盘一起装在面板上。测量时,调节倍率旋钮和Rn的调节旋钮使电桥平衡,检流计指零,此时,被测电阻=倍率数×读数盘读数。
NetLabel31
QJ44型直流双臂电桥的测量范围在0.0011~11Ω,使用1.5~2V的直流电源,并备有外接电源用的接线端子。
二.QJ103型直流双臂电桥
1.面板介绍
SA → 倍率转换开关,(R1 上左, R2 上右, R3 下左 ,R4下右)联动,保证总有
R 3 /R1 = R4 /R2 。
2.电路图的识读
倍率=R2 /R1 ,有 ×0.01, × 0.1, ×1, ×10 ,×100 ,共5个倍率档位。
Rn 的范围: 0.01~0.11测量范围: 0.0011~11Ω电源 :1.5V~2V直流,有外接端钮。
三.直流双臂电桥的使用与维护
直流双臂电桥的型号很多,其操作方法与直流单臂电桥基本相同。下面以QJ44型直流双臂电桥为例,说明其测量电阻的步骤。
步骤1:检查灵敏度旋钮置最小位置,打开检流计机械锁扣,调节调零器使指针指在零位。
提示:1发现电桥电池电压不足应及时更换,否则将影响电桥的灵敏度。
2 采用外接电源时,必须注意电源的极性。将电源的
正、负极分别接到“+”“-”端钮,且不要使外接电源电压超过电桥工作电压的规定值。
步骤2:估测被测电阻,选择倍率臂
用万用表估测被测电阻,选择适当的倍率臂。
估测被测电阻为几欧时,倍率臂应选×100档
估测被测电阻为零点几欧时,倍率臂应选×10档 估测被测电阻为零点零几欧时,倍率臂应选×1档
提示:测量时,倍率臂务必选正确,否则会产生很大的测量误差,从而失去精确测量的目的。
步骤3:接入被测电阻
按四端接线法接入被测电阻时,应采用较短较粗的导线连
接,接线间不得绞合,并将接头拧紧
提示:1、被测电阻有电流端钮和电位端钮时,要与电桥上
相应的端钮相连接。同时要注意电位端钮总是在
电流端钮的内侧,且两电位端钮之间的电阻就是
被测电阻。
2、如果被测电阻(如一根导线)没有电流端钮和电位
端钮,则按下图所示自行引出电流端钮和电位端
钮,然后与电桥上相应的端钮相连接。 C2
RxP2
P1
C1直流电桥
步骤4:接通电路,调节读数盘使之平衡
适当增加灵敏度,然后观察检流计指针偏转。若检流计指针朝“+”方向偏转,应减小读数盘读数;若检流计指针朝“-”方向偏转,应增大读数盘读数,使检流计指针指零。再增加灵敏度,调读数盘读数,使检流计指针指零。如此反复调节,直至检流计指针指零。
提示:
1、由于直流双臂电桥在工作时电流较大,要求上述操作动
作要迅速,以免电池耗电量过大。
2、被测电阻含有电感时,应先锁住电源端钮B,间歇按检
流计按钮G。
3、被测电阻不含电感时,应先锁住检流计按钮G,间歇按
电源端钮B。
步骤5:计算电阻值
被测电阻值=倍率数×读数盘读数
步骤6:关闭电源
先断开检流计按钮G,再断开电源端钮B,然后拆除被测电阻,最后锁上检流计锁扣。
步骤7:电桥保养
课堂小结
课堂练习
与作业 1每次测量结束,都应将盒盖盖好,存放于干燥、避光、无振动的场合。 提示:搬动电桥时应小心,做到轻拿轻放,否则易使检流计损坏 基本方法与单臂电桥相同,需要注意的有两点: 1.四端接线。 2.直流双臂电桥工作时电流较大(因为电阻都比较小),故测量要求尽快完成,以免电池的电量消耗过大。 3.常用电桥型号和技术特性简介 测量电阻的方法、测量电阻的常用仪表及适用范围。 、直流双臂电桥的平衡条件是什么?
2、直流双臂电桥测电阻时,为何精确度很高?
3、直流双臂电桥应注意哪些问题?
·学生练习:
1、 用直流双臂电桥测量导线的直流电阻。
2、用直流双臂电桥测量小电阻的电阻。
3、用直流双臂电桥测量线圈的电阻。