惠斯通电桥

实验六惠斯通电桥

Experime nt 6 Determi ning resista nee using a Wheatst one bridge 电桥电路在电学中是一种很基本的电路。利用电桥平衡原理构成的电测仪器，不仅可以测电阻，也可以测电容、电感，并可通过这些物理量的测量来间接测量非电学量，例如温度、压力等，因此电桥电路在自动化仪表和自动控制

中有着广泛的应用。本实验的基本要求是自组直流电桥，并用自组电桥及箱式电

桥测量中值电阻。

实验目的Experimental purpose

1. 掌握惠斯通电桥测量电阻的基本方法

2. 掌握自组惠斯通电桥的基本原理。

实验原理Experimental principle

1. 电桥平衡条件（condition of electric bridge balanee）

图1所示为电桥电路原理图，它是

由四个桥臂电阻和一个检流计组成，其中图1电桥原理图

R i，R2是已知标准电阻，称为“比率臂”；

R s是可变标准电阻（电阻箱），称为“比较臂” ；R x是被测电阻，称为“测量臂” ;B，

D间接检流计。接通电路后，检流计一般不指零，说明B，D两点电位不相等，通过调节R s,使检流计中无电流通过（I K=0）,此时电桥达到平衡，由图可见，电桥平衡的条件是B、D两点电位相等。即

所以有R x色

（1）

又I l l x, I2 I s

R s R2

R i R x - R s

⑵

R2

式（1）称电桥平衡条件，即相邻两臂电阻之比相等。

令M=R i/R2，称为“倍率”，则式（2）可写为R x=MR s。因此当电桥调平衡后，只要读出M和R s值，待测电阻R x便可得到。

2. 电桥灵敏度（electric bridge sensitivity）

式（2）是在电桥平衡的条件下推导出来的。而电桥是否平衡，是根据检流计指针有无偏转来判断的。检流计的灵敏度总是有限的，例如实验室常用的AC5 型指针式检流计，其指针偏转一格对应电流为10-6A左右，当通过它的电流小于

10-7A时，指针的偏转小于0.1格，观测者就很难觉察出来。假如电桥在旦=1

R2

时调到平衡，根据式（2）得到R x= R s,此时若把R s改变一微小量△ R s,电桥就应当失去平衡，检流计中应有一微小电流l g '通过；但当l g' <10-7A时，则观察不到检流计指针的偏转，人们仍认为电桥仍是平衡的，因而又得到

△ R s就是由于检流计灵敏度有限而给直流电桥测电阻时带来的测量误差。显而易见，检流计越灵敏，电桥就越灵敏，由检流计带给电桥的测量误差也越小。电桥的灵敏度也不是越高越好，那样会给平衡调节造成困难。电桥灵敏度的高低除了与所使用的检流计有关外，还与电源电压等其它因素有关。直流电桥灵敏度可表示为

n

底

R x

式（3）中是检流计的偏转格数，上是被测阻值相对变化值。令』=1,

R x R x

则S=A n,这样S的大小可理解为被测电阻的阻值变化一倍时所引起的偏转格数。

又令式（3）中A n=1,则有一空=丄，如此S的大小又可以这样来理解：检流计

R x S

偏转一格相当于被测电阻的相对变化为丄。例如S=50（格），则当R x改变丄=2%

S 50

时，检流计可以有一格的偏转。通常观测者可以察觉出0.2格的偏转，这就是说，由

于检流计灵敏度的因素所带来的测量误差卫检=丄X 0.2=0.4%。若检流计

R x50

灵敏度降低为S=20 （格），则它的测量误差将增大，-Rx检=丄X 0.2=1%。

R x 20在一般情况下，R x是固定电阻，阻值不能改变。可以证明，在电桥平衡时有

理=R s，所以式（3）可写成

R x R s

n

RT

实验仪器Experimental device

1. 自组电桥电路板（self-organizing electric bridge of circuit board）

1）电路图

本实验要求学生根据图2所示电路自己组装直流电桥。为能选择不同的倍率

M，在AB间可换接三个不同阻值的电阻R2,为保护检流计，在BD间串接一带有单

刀开关的阻流开关R。，可调标准电阻R S用标准电阻箱来担当。

图2实验线路图

2. AZ19型检流计(model

AZ19 type galva no meter)

检流计用来检测电路中的微小电流和电压，它有很高的灵敏度，在精密测

量中常作为指零仪表。由于检流计需要特别高的灵敏度，它的动圈多用张丝悬

挂起来，以减少摩擦阻力。它的读数装置有指针式和光点复射式等多种结构。

AZ19型直流指针式检流计属于电子检流计，灵敏度可替代AC15/1~AC15/6

各型直流复射式检流计。使用时不需考虑外临界电阻的阻尼匹配问题，并具有

输入过压保护、输出限流保护，其抗震性能及抗冲击性能均强。

使用时，首先将检流计的输入接线柱(标记“ +”、“ -”)接入电路内，将

功能旋钮从“关机”档位调到“调零”档位，并用“调零”旋钮将指针调整到零

值。将功能旋钮调到30卩A等其他档位上，则检流计与外部电路真正接通，即可测量。

检流计使用完毕后，必须将功能旋钮移向“关机”档位，以保护仪器。

3. 箱式电桥(portable wheatstone bridge )

箱式电桥型号较多，现以应用较为广泛、具有代表价值的QJ24型携带式直

流单臂电桥(见图3和图4)为例，介绍电桥各部件的作用及特点如下：图3是QJ24型携带式直流单臂电桥原理图。为了扩大量程、使用方便，实用电路中把M 确定为10 310 3 7个确定倍率，同时，又把可调标准电阻分为4个档。以上两

项，既可扩大量程，又可提高测量的精确度。除此之外，成品电桥还做了一些具体安排，如在检流计G通路中增加了一个阻尼开关，测电阻过程中按顺序先用G1 粗调，然后再用G0细调，这既可保护检流计不受损坏，又能提高电桥灵敏度，使用时必须认真查阅有关说明书，决不可粗心大意。

QJ24型直流单臂电桥使用说明及步骤：