单臂电桥的工作原理

单臂电桥的工作原理

（1）单臂电桥的结构及原理

直流单臂电桥又称惠斯登电桥，其原理电路如图1（a）所示。图中被测电阻R x和R2、R3、R4三个已知电阻连接成四边形。四个电阻的连接点a、b、c、d称为电桥的顶点；由这四个电阻组成的支路ac、cb、ad、bd称为桥臂。在电桥的两个顶点a、b 之间（一般称为电桥输入端）接一个直流电源，而在电桥的另外两个顶点c、d之间（一般称为电桥输出端）接一个指零仪（检流计）。

当电桥电源接通之后，调节桥臂电阻R2、R3和R4，使c、d 两个顶点的电位相等，即指零仪两端没有电位差，其电流I g =0，这种状态称为电桥平衡。当电桥平衡时，有

Rx=R2*R4 / R3

上式中，R2 /R3称为电桥的比率臂，电阻R4称为比较臂。当电桥平衡时，可以由R2、R3和R4的电阻值求得被测电阻R x。为读数方便，制造时，使R2 /R3的值为十进制倍数的比率，如0.1、1.0、10、100。等。这样，R x便为已知量R4的十进制倍数，便于读取被测量。

用电桥测电阻实际上是将被测电阻与已知标准电阻进行比较来确定被测电阻值，只要比率臂电阻和比较臂电阻R2、R3和R4足够精确，R x的测量准确度也就比较高。直流单臂电桥的准确度分为0. 01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0共8个等级。

由于上式是根据I g=0得出的结论，所以指零仪必须采用高灵敏度的检

流计，以确保电桥的平衡条件，从而保证电桥的测量精度。

（2）QJ23型单臂电桥

电桥的种类很多，图1是常见的便携式QJ23型单臂电桥的原理电路和面板图，其准确度为0.2级。比率臂R2/R3由8个电阻组成，共有7个挡位，分别为“10-3”、“10-2”、“l0-l”、“1”、“10”、“102”和“103”,示于面板左上方的读数盘上，由转换开关换接。比较臂R4由4个可调电阻箱串联组成，这4个电阻箱分别由9个1Ω、9个10Ω、9个100Ω、9个1000Ω的电阻组成，它们示于面板右上方的读数盘上，比较臂R4的值由面板上这4个读数盘所示的电阻值相加而得。调节面板上的读数盘，可得到0～9999Ω范围内任意的电阻值。

（a）原理电路图（b）面板图

图1 便携式QJ23型单臂电桥

l一倍率旋钮；2一比较臂读数盘；3～检流计电桥可用内附检流计，也可用外接检流计。在面板左下方有三个接线柱，使用内接检流计时，用接线柱上的金属片将下面两个接线柱短接。检流计上装有锁扣，可将可动部分锁住，以免搬动时损坏悬丝。需要外接检流计时，用金属片将上面两个接线柱短接（即将内附检流计短接），并将外接检流计接在下面两个接线柱上。电桥内附有电源，需装入1号电池三节。需要时（如测量大电阻时），也可外接电源，面板左上方有一对接线柱，标有“+”、“一”符号，供外接电源用。

面板中下方有2个按钮开关，其中“G”为检流计支路的开关；“B”为电源支路的开关；面板右下方还有一对接线柱，标有“R x”，用以连接被测电阻。

（3）单臂电桥使用步骤

①先打开检流计锁扣，再调节指零仪，使指针位于零点。

②将被测电阻接到标有“R x”的两个接线柱之间，根据被测电阻R x 的近似值（可先用万用表测得），选择合适的倍率，以便让比较臂的4个电阻都用上，使测量结果为四位有效数字，提高读数精度。例如，R x ≈8Ω，则可选择倍率0.001，若电桥平衡时比较臂读数为8211Ω，则被测电阻R x为

R x = 倍率×比较臂的读数= 0.001×8211=8. 211 (Ω)

如果选择倍率为1，则比较臂的前3个电阻都无法用上，只能测得R x = 1×8= 8(Ω)，读数误差大，失去用电桥进行精确测量的意义。

③测量时，应先按电源支路开关“B”按钮，再按检流计“G”按钮。若检流计指针向“+”偏转，表示应加大比较臂电阻；若指针向“一”偏转，则应减小比较臂电阻。反复调节比较臂电阻，使指针趋于零位，电桥即达到平衡。调节开始时，电桥离平衡状

态较远，流过检流计的电流可能很大，使指针剧烈偏转，故先不要将检流计按钮按死，要调节一次比较臂电阻，然后按一下“G”，当电桥基本平衡时，才可锁住“G”按钮。

④测量结束后，应先松开“G”按钮，再松开“B”按钮。否则，在测量具有较大电感的电阻时，因断开电源而产生的电动势会作用到检流计回路，使检流计损坏。

⑤电桥不用时，应将检流计锁扣锁住，以免搬运时震坏悬丝。二．利用电桥测量电阻的原理

1.直流单臂电桥的原理性电路如图所示。它是由四

个电阻R a、R b、R0、R X联成一个四边形回路，这四个电阻称做电桥的四个“臂”。在这个四边形回路的一条对角线的顶点间接入直流工作电源，另一条对角线的顶点间接入检流计，这个支路一般称做“桥”。适当地调节R0值，可使C、D两点电位相同，检流计中无电流流过，这时称电桥达到了平衡。在电桥平衡时有：

B

R a I a =R b I b R X I X =R 0I 0 且 I a =I X , I b =I 0

则上式整理可得：

0b

a R R R R X 为了计算方便，通常把R a /R

b 的比值选作成10n （n=0,±1,±2,…）。

令C=R a /R b ，则：

R X =C R 0 可见电桥平衡时,由已知的R a 、R b （或C ）及R 0值便可算出R X 。人们常把R a 、R b 称做比例臂，C 为比例臂的倍率；R 0称做比较臂；R X 称做待测臂。

三．运用时的注意事项

1.联好电路复查无误、倍率C 和比较臂R 0的值均已选置好、保护电阻R 处于保护状态（K 1断开）才许试接电源进行实验。如接通电源瞬间检流计指针锰偏撞针或一点不动应即断电检查原

因。

2.换测电阻时，一定要重新选置R a、R b和R0，预先使桥接近平衡，并且断开K1，使R处于保护状态。改换电路必须先断开电源。

3.调节电桥平衡时，应采用接通一下检流计支路看看偏转大小，适当调节R0再接通一下检流计支路看看偏转大小的办法，不可使检流计在通电情况下调R0，以免损坏检流计或调节不精细。在调R0时要根据检流计的偏转大小和方向有目的地从高位至低位顺次逼近调节，不应盲目乱调。

4.用伏安法测电阻，受所用电表内阻的影响，在测量中往往引入方法误差；用欧姆表测量电阻虽较方便，但测量精度不高。在精确测量电阻时，常使用电桥进行测量。其测量方法同电位差计一样同属于比较测量法。

5.所讨论的是直流单臂电桥（又称惠斯登电桥），主要是用来测量中等阻值（10～105Ω）电阻的；测量低阻（10～10-5Ω）用直流双臂电桥（又称凯尔文电桥），测量高阻（106～1012Ω）则用专门的高阻电桥或冲击法等测量方法。

6.电桥不仅可以测量电阻，还可以测量许多与电阻有关的电学量