電橋是利用比較法測量電路參數(shù)的儀器,，具有很高的準(zhǔn)確度和靈敏度。它可以用來測量電阻,、電容,、電感和電路的參數(shù)。電橋可分為測量電容,、電感等交流參數(shù)的交流電橋和測量電阻等直流參數(shù)的直流電橋兩種類型,。其中直流電橋又可分為單臂電橋和雙臂電橋兩種。

單臂電橋

直流單臂電橋又稱作惠斯登電橋,，是一種測量 1Ω以上中值電阻的比較精密的測量儀器,。單臂電橋的測量原理如圖2.1所示。在此以QJ23a型直流單臂電橋?yàn)槔?，介紹它的結(jié)構(gòu)和使用方法,。

圖2.1中，被測電阻Rx和R2,、R3,、R4這3個(gè)已知電阻連接成四邊形。4個(gè)電阻的連接點(diǎn)a,、b,、c、d稱為電橋的頂點(diǎn);由這4個(gè)電阻組成的支路 ac,、cb,、ad、bd 稱為橋臂,。在電橋的 a,、b 兩個(gè)頂點(diǎn)之間(一般稱為電橋輸入端)接一個(gè)直流電源,，而在電橋的c、d兩個(gè)頂點(diǎn)之間(一般稱為電橋輸出端)接一個(gè)指零儀(檢流計(jì)),。當(dāng)電橋電源接通之后,，調(diào)節(jié)橋臂電阻R2、R3和R4,，使c,、d兩個(gè)頂點(diǎn)的電位相等，即指零儀兩端沒有電位差,，其電流Ig=0,，這種狀態(tài)稱為電橋平衡。

當(dāng)電橋平衡時(shí),，有：

圖2.1 單臂電橋的電路原理圖

式(2-1)中,，R2/R3稱為電橋的比率臂，電阻R4稱為比較臂,。當(dāng)電橋平衡時(shí),，可以由R2、R3和R4的電阻值求得被測電阻Rx,。為讀數(shù)方便,，制造時(shí)，使R2/R3的值為十進(jìn)制倍數(shù)的比率,，如0.1、1.0,、10,、100 等。這樣,，Rx便為已知量 R4的十進(jìn)制倍數(shù),，便于讀取。用電橋測電阻實(shí)際上是將被測電阻與已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較來確定被測電阻值,，只要比率臂電阻和比較臂電阻R2,、R3和R4足夠精確，Rx的測量準(zhǔn)確度也就比較高,。

直流單臂電橋的準(zhǔn)確度分為0.01,、0.02、0.05,、0.1,、0.2、0.5,、1.0,、2.0共8個(gè)等級(jí),。

由于式(2-1)是根據(jù)Ig=0得出的結(jié)論，所以指零儀必須采用高靈敏度的檢流計(jì),，以確保電橋的平衡條件,，從而保證電橋的測量精度。

1.主要技術(shù)指標(biāo)

(1)量程

1～1111×104Ω,。

(2)誤差

±0.1%,。

(3)主要參數(shù)

主要參數(shù)見表2.1。

表2.1 QJ23a單臂電橋參數(shù)

(4)指零儀電流常數(shù)

指零儀電流常數(shù)一般為<6×10?7A/mm,。

2.前面板位置圖

QJ23a單臂電橋前面板位置圖如圖2.2所示,。

圖2.2

圖2.2中各部分的含義如下。

① 外接工作電源接線柱,。

② 指零儀指示表頭,。

③ 電源選擇開關(guān)。

④ 量程倍率讀數(shù)開關(guān),。

⑤ 外接指零儀接線柱,。

⑥ 指零儀選擇開關(guān)。

⑦ 工作電源按鈕開關(guān),。

⑧ 指零儀按鈕開關(guān),。

⑨ 被測電阻接線柱。

⑩ 標(biāo)度盤千位讀數(shù)開關(guān),。

⑾標(biāo)度盤百位讀數(shù)開關(guān),。

⑿標(biāo)度盤十位讀數(shù)開關(guān)。

⒀標(biāo)度盤個(gè)位讀數(shù)開關(guān),。

圖2.2 QJ23a單臂電橋前面板位置圖

3.使用方法

① 指零儀選擇開關(guān)撥向“內(nèi)接”,，將指零儀指針調(diào)至零位。

② 估計(jì)被測阻值,，然后根據(jù)表2.1 將量程倍率讀數(shù)開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)到適當(dāng)數(shù)值,。

③ 按下“B”按鈕與“G”按鈕，并調(diào)節(jié)測量盤旋鈕,，使指零儀指針重新回到零位,。

Rx= (量程倍率讀數(shù)) × (標(biāo)度盤示值)Ω

例如：量程倍率在×10擋位，標(biāo)度盤千位,、百位,、十位、個(gè)位讀數(shù)開關(guān)分別為4,、1,、7、0擋位，根據(jù)公式,，Rx= (量程倍率讀數(shù)) × (標(biāo)度盤示值)=10×4170=41700(Ω)= 41.7(kΩ),。

④ 在測量10kΩ以上的電阻時(shí),，可外接高靈敏度指零儀，電源電壓可以相應(yīng)提高,，但不得超過表2.1所示數(shù)值,。

4.注意事項(xiàng)和維修保養(yǎng)

① 測量電感電路的電阻(如電機(jī),、變壓器等)時(shí)，應(yīng)先按“B”按鈕,，再按“G”按鈕;斷開時(shí)，應(yīng)先放“G”按鈕,，再放“B”按鈕。

② 外接電源時(shí),，電源選擇開關(guān)撥向“外接”,，電源按極性接在接線柱上。

③ 如果電橋長期擱置不用,，應(yīng)將電池取出,。

④ 儀器長期擱置不用，在接觸處可能產(chǎn)生氧化,，造成接觸不良,。為使接觸良好，應(yīng)涂上一薄層無酸性凡士林,，予以保護(hù),。

⑤ 電橋應(yīng)放在環(huán)境溫度 5～35℃,、相對濕度 25%～80%的環(huán)境內(nèi),，室內(nèi)空氣中不應(yīng)含有能腐蝕儀器的氣體和有害雜質(zhì)。

⑥ 儀器應(yīng)保持清潔,，并避免陽光暴曬和劇烈震動(dòng)。

⑦ 儀器在使用中,，如發(fā)現(xiàn)指零儀靈敏度顯著下降,，可能是因電池壽命完畢引起，應(yīng)更換新的電池。

雙臂電橋

直流雙臂電橋又稱凱爾文電橋,，它是測量小電阻(1Ω以下)的精密儀器,。雙臂電橋的測量原理如圖2.3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,、Cn1和Cn2是它們的電流端鈕,，P1和P2、Pn1和Pn2是它們的電位端鈕,。

接線時(shí),，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,。可調(diào)電阻Rn的電流端鈕Cn2與被測電阻Rx的電流端鈕C2用電阻為r的粗導(dǎo)線連接起來,。R1,、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R1和R'1以及R2和R'2做成同軸調(diào)節(jié)電阻，以便改變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：

圖2.3 雙臂電橋的電路原理圖

測量時(shí)接上Rx，調(diào)節(jié)各橋臂電阻使電橋平衡,。此時(shí),，因?yàn)镮g=0，可得到被測電阻Rx為：

可見,，被測電阻Rx僅決定于橋臂電阻R2和R1的比值及比較可調(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,。所以電橋平衡時(shí)：被測電阻值=倍率讀數(shù)×比較可調(diào)電阻讀數(shù)。

提示

為了保證測量的準(zhǔn)確性,，連接 Rx和 Rn的電流端鈕導(dǎo)線應(yīng)盡量選用導(dǎo)電性能良好且短而粗的導(dǎo)線。

只要能保證

,，R1,、R'1,、R2和R'2均大于10Ω，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(shí),，能得到較準(zhǔn)確的測量結(jié)果,。在此以QJ44型直流雙臂電橋?yàn)槔?，介紹它的結(jié)構(gòu)和使用方法。

1.主要技術(shù)指標(biāo)

(1)總有效量程

0.0001～11Ω,，分5個(gè)量程,。

(2)允許誤差極限

電橋的參考溫度為20℃±1.5℃,，參考相對濕度為40%～60%;電橋的標(biāo)稱使用溫度為20℃±10℃,，標(biāo)稱使用相對濕度為25%～80%,。在參考溫度和參考相對濕度的條件下,，電橋各量限的允許誤差極限為

式中：Elim——允許誤差極限,，Ω;

X ——標(biāo)度盤示值,，Ω;

C ——等級(jí)的指數(shù)值;

RN——基準(zhǔn)值,。

(3)主要參數(shù)

主要參數(shù)見表2.2。

表2.2 雙臂電橋參數(shù)

注意：① 相對濕度在參考條件下,，溫度超過參考溫度范圍，但在標(biāo)稱使用范圍之內(nèi),，由于溫度變化引起的附加差不應(yīng)超過相應(yīng)一個(gè)等級(jí)指數(shù)值,。

② 溫度在參考條件下，濕度超過參考相對濕度范圍,，但在標(biāo)稱使用相對濕度范圍之內(nèi),，由于濕度變化引起的附加差不應(yīng)超過相應(yīng)一個(gè)等級(jí)指數(shù)值的20%。

③ 電橋的工作電源為 1.5V(內(nèi)附 1.5V 一號(hào)電池,，6 節(jié)并聯(lián)),，晶體管放大器工作電源為6F22/9V(3節(jié)并聯(lián))。

④ 內(nèi)附晶體管指零儀的靈敏度可以調(diào)節(jié),。在測量0.01～11Ω范圍內(nèi),，在規(guī)定的電壓下，當(dāng)被測量電阻變化允許在一個(gè)極限誤差時(shí),，指零儀的偏轉(zhuǎn)大于等于一個(gè)分格,，就能滿足測量準(zhǔn)確度的要求。靈敏度不要過高,，否則不易平衡，測量電阻的時(shí)間不易過長,。

2.前面板位置圖

QJ44型雙臂電橋前面板位置圖如圖2.4所示。

圖2.4 QJ44型雙臂電橋前面板位置圖

圖2.4中各部分的含義如下,。

① 外接工作電源接線柱。

② 指零儀靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕,。

③ 晶體管檢流計(jì)工作電源開關(guān)。

④ 滑線讀數(shù)盤,。

⑤ 步進(jìn)讀數(shù)盤,。

⑥ 指零儀按鈕開關(guān)。

⑦ 工作電源按鈕開關(guān),。

⑧ 被測電阻接線柱,。

⑨ 量程倍率讀數(shù)開關(guān)。

⑩ 指零儀電氣調(diào)零旋鈕,。

? 指零儀指示表頭。

3.使用方法

① 在電橋外殼底部的電池盒內(nèi),，裝入1.5V 一號(hào)電池(4～6節(jié)并聯(lián)使用)和6F22/9V(3節(jié)并聯(lián)使用),，并聯(lián)線內(nèi)部已經(jīng)連接好，此時(shí)電橋即能正常工作,。如用外接直流電源1.5～2V時(shí),，電池盒內(nèi)的1.5V電池應(yīng)預(yù)先全部取出,。

② 將被測電阻連接到電橋相應(yīng)的 C1,、P1,、P2、C2接線柱上,，如圖2.5所示,，A、B之間為被測電阻,。

圖2.5 被測電阻連接圖

③ 將“B1”開關(guān)扳到“通”位置，晶體管放大器電源接通,，等待5min后，調(diào)節(jié)指零儀指針指在零位上,。

④ 估計(jì)被測電阻阻值大小,，選擇適當(dāng)量程倍率，先按下“G”按鈕,，再按下“B”按鈕，調(diào)節(jié)步進(jìn)讀數(shù)盤和滑線讀數(shù)盤,，使指零儀指針指在零位上,，電橋平衡，被測量電阻按下式計(jì)算：

被測電阻值(Rx)=量程倍率讀數(shù)×(步進(jìn)盤讀數(shù)+滑線盤讀數(shù))

⑤ 在測量未知電阻時(shí),，為保護(hù)指零儀指針不被打壞,，指零儀靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕應(yīng)放在最低位置，使電橋初步平衡后再增加指零儀靈敏度,。在改變指零儀靈敏度或環(huán)境等因素的影響時(shí),，有時(shí)會(huì)引起指零儀指針偏離零位,。

4.注意事項(xiàng)和維修保養(yǎng)

① 在測量電感電路的直流電阻時(shí),，應(yīng)先按下“B”按鈕，再按下“G”按鈕;斷開時(shí),，先斷開“G”按鈕,，后斷開“B”按鈕,。

② 測量0.1Ω以下阻值時(shí),，“B”按鈕應(yīng)間歇使用。

③ 在測量 0.1Ω以下阻值時(shí),，C1,、P1、C2,、P2接線柱到被測量電阻之間的連接導(dǎo)線電阻為0.005～0.01Ω;測量其他阻值時(shí),，連接導(dǎo)線電阻可不大于0.005Ω。

④ 電橋使用完畢后,，“B”按鈕與“G”按鈕應(yīng)松開,。“B”開關(guān)應(yīng)放在“斷”位置,，避免浪費(fèi)晶體管檢流計(jì)放大器工作電源,。

⑤ 如果電橋長期擱置不用，應(yīng)將電池取出,。

⑥ 儀器長期擱置不用,，在接觸處可能產(chǎn)生氧化,，造成接觸不良。為使接觸良好,，應(yīng)涂上一薄層無酸性凡士林,，予以保護(hù)。

⑦ 電橋應(yīng)放在環(huán)境溫度 5～35℃,、相對濕度 25%～80%的環(huán)境內(nèi),，室內(nèi)空氣中不應(yīng)含有能腐蝕儀器的氣體和有害雜質(zhì)。

⑧ 儀器應(yīng)保持清潔,，并避免陽光暴曬和劇烈震動(dòng),。

⑨ 儀器在使用中，如發(fā)現(xiàn)指零儀靈敏度顯著下降,，可能是因電池壽命完畢引起,，應(yīng)更換新的電池。